压电驱动微定位工作台特性分析及控制方法的研究

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微纳米科学技术现已成为重要的前沿尖端科学。人们在认识微观世界的过程中,需要借助一些工具来观测,目前最广泛使用的有测量显微镜。但是,目前大多数显微镜工作台仍使用机械式结构,其定位精度难以达到微纳米级,所以迫切需要一种新型微定位工作台,为显微镜提供高性能的定位工作台,同时也可作为其他工作台中微调设备使用。  针对传统微定位工作台存在位移灵敏度、系统频响及重复定位精度难以兼顾的问题,本文设计了一种具有亚微米精度的二维微定位系统,课题的重点和难点就是如何保证系统定位和测量精度,本文围绕如何提高系统精度做了硬件和软件两方面设计和研究。  本文设计了一种基于柔性铰链、机械杠杆式结构的微定位工作台。设计了光纤位移传感器,为系统闭环控制提供一个良好的检测基础;设计了满足压电陶瓷固有特性的高压驱动电源。  通过对微定位系统的特性进行研究,得到系统传递函数,为闭环系统仿真提供了系统特征模型。为了克服压电陶瓷驱动器固有的迟滞、蠕变和非线性等缺陷对系统精度的影响,本文对系统进行了开环控制和闭环控制研究。在开环控制方面,对查表法进行了实验研究;在闭环控制方面,对PID控制和自适应模糊PID控制进行了仿真研究。  开环实验结果表明系统定位精度满足设计要求。闭环仿真结果表明采用自适应模糊PID控制,系统的响应速度比传统PID控制提高一倍,稳态性能变好,而且没有超调和振荡。  本文的研究工作为微纳米级视觉坐标测量方法的研究提供了可靠基础,为项目的后续视觉坐标测量研究提供必要的平台设备。
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