柔性压电式微位移机构在精密机床定位中的应用研究

研究、设计了一种柔性压电式微定位机构。此机构采用压电陶瓷作为微位移驱动器,柔性铰链为导向机构,对丝杠螺母传动的精密机床工作台的运动位置进行自动补偿,实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计及参数分析,并应用于精密机床中进行定位精度测试。实测结果表明,采用柔性压电式微位移机对精密机床工作台二次精定位,可使工作台定位精度提高到0.01μm,可满足精密、超精密加工需要。     

基于规则的仿人智能控制在微驱动系统中的应用

根据三角形放大原理设计出一种以压电陶瓷为驱动元件,应变片为微位移传感元件的精密微位移机构。由于压电陶瓷存在迟滞,蠕变和非线性不足,并且难于得到其准确的数学模型,采用常规线性ＰＩＤ控制方法很难实现微驱动机构的高速度精度控制。     

压电陶瓷驱动器控制模型建立及仿真

介绍了一种压电陶瓷微位移驱动器的控制模型．借助于统计物理学分析，结合数学方法，利用BP人工神经网络建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型，并根据实测压电陶瓷电压／位移数据，对该控制模型进行了仿真，仿真结果表明，所建立的模型可有效地减小压电陶瓷的迟滞非线性误差，提高压电陶瓷微位移的控制精度，有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度微位移开环控制．     

用于精密微装配的全方位微小机器人

研制出了一种90 mm×60 mm×85 mm，可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元两部分组成，最大宏运动速度为50 mm/s，开环定位精度1 mm，微运动最大速度200 μm/s，开环定位精度1 μm，分辨率为50 nm；微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器两部分组成，微驱动器转动分辨率为0.000 1°，定位精度为0.000 5°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位，微夹持器采用压电陶瓷驱动的两级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280 μm，最大微夹持力为0.1 N.开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴/孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密装配实验研究.     

用于精密微装配的全方位微小机器人的研究

研制出了一种90mm×60mm×85mm的可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，该机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元2部分组成，宏运动最大速度为50mm／s，开环定位精度为1mm；微运动最大速度为200μm／s，开环定位精度为1μm，分辨率为50nm．微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器2部分组成，微驱动器转动分辨率为0．0001°，定位精度为0．0005°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位；微夹持器采用压电陶瓷驱动的2级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280μm，最大微夹持力为0．1N．开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴／孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Ф180μm微型轴与Ф200μm微型孔之间的精密装配实验研究．     

精密可控微位移器试验研究

本文利用压电陶瓷逆电压电效应研制成功了精密可控微位移器，在静动态试验下效果良好，其线性度，稳定性，回零性和滞后量均达到理想程度，可用于机床误差补偿和热变形补偿系统中。     

一种超精密压电式微位移机构研究

针对压电陶瓷输出位移过小的缺点,采用AE0505D16型层叠式PZT器件作为驱动器,柔性铰链作为导向机构,设计了一种超精密压电式微位移机构．该机构输出位移由原来的11.6μm增加到100μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要．对此微位移机构进行定位准确度测试,将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位误差由原来的1μm降低到0.01μm,定位准确度得到显著提高．     

压电陶瓷微位移系统的模糊PID控制方法

针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器．该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单．在此基础上建立实验系统,实验证明了该控制器适于压电陶瓷微位移系统。     

一种新型超磁致压电混合精密位移机构的研究

为了研究大步距高精度精密位移机构,利用超磁致伸缩材料和压电陶瓷材料在驱动原理和使用方法上的相似性,提出一种超磁致伸缩材料与压电叠堆组成的混合驱动精密位移机构,介绍了机构运动原理及控制方式,制作了试验样机.测试表明,所研制的混合精密位移机构能实现双向可控运动,单步前进最大位移可达20μm,调节驱动电压可控制单步位移量,能满足大步距、高精度的驱动要求.     

微机控制压电陶瓷微位移器驱动电源的设计与研究

本文对压电陶瓷微位移器驱动电源的设计原理和设计特点作了深入分析.在此基础上,进行了微机控制压电陶瓷微位移器驱动电源的设计,并进行调试和实际应用试验.试验结果表明,该驱动电源输出精度高,动态特性好,可以作为各种压电陶瓷微位移器件(或装置)的驱动控制.     

车削加工轴类零件误差补偿技术的研究

通过提高压电陶瓷微位移驱动器的控制精度,用来减小轴类霞件中受力变形误差,提高轴类零件的加工精度．采用压电陶瓷微位移驱动器控制刀具进行实时误差补偿的方法提高轴类零件加工精度,借助物理学分析结合数学建模的方法,建立压电陶瓷微进给系统的迟滞数学模型．通过实验针对压电陶瓷驱动器的非线性特征分析,给出了对其控制电压进行校正的方法,减小压电陶瓷的迟滞非线性误差．     

迟滞非线性环节的建模与逆控制

压电陶瓷器件这类复合材料在精密定位和微位移控制中得到广泛的应用，但其存在压电相互转化时寄生的难以建模的迟滞非线性现象的不足。通过采用一种和前向神经网络结构类似，以BackLash迟滞算子为激励函数的网络结构，并利用最小二乘法调整网络权值，从而无需考虑具体物理对象而实现对这类复杂迟滞非线性环节的建模，进而推导出所提出网络结构的逆模型。采用所建逆模型来对迟滞非线性环节进行补偿，仿真结果表明：提出的迟滞环建模方法及其控制算法可实现对迟滞环的线性补偿。     

压电陶瓷驱动精密流量阀的设计与建模

设计了一种精密流量阀,采用压电陶瓷驱动流量阀阀芯并控制其位移.在流量阀的减压出口处安装了金属橡胶,以消除流体通过节流口后压力剧烈变化所产生的纹波现象.设计了流量阀的结构,通过分析流经阀芯节流口以及金属橡胶的流体流量特性,基于节流阀芯的力平衡方程,建立了压电陶瓷驱动精密流量阀的电压 流量理论模型.在流量阀出口安装微压力/流量传感器并与控制器组成闭环控制系统,使得该流量阀具有自适应精密减压阀的功能.将减压阀与流量阀串联组合,可以实现对流体的精密减压与流量控制.多个相同的串联组合阀并联后具有数字比例调节阀的功能,在一定范围内可以实现对出口压力、流量的连续调节与控制.将该精密流量阀作为先导控制阀并与流量阀组合,成为具有高频响特性的精密大流量伺服阀.     

基于PI模型的AFM压电陶瓷执行器迟滞误差补偿

本文针对原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,简称AFM）迟滞特性易降低扫描图像精度,根据微位移测量的方法建立了可以精确描述AFM系统中压电陶瓷器执行器（Piezoelectric Ceramic Transducer,简称PZT）迟滞误差模型并提出了合适的误差补偿方法。首先,原子力显微镜作为测量工具,获得一系列特征样品的扫描图像,通过计算扫描图像数据计算出压电陶瓷的微位移。接着,依据微位移数据建立AFM系统中压电陶瓷执行器迟滞误差模型。最后,通过对压电陶瓷PI （Prandtl-Ishlinskii）迟滞误差模型解析求逆进行补偿控制方法研究。实验结果证明,PI迟滞误差模型可以精确描述AFM系统中压电陶瓷执行器的迟滞现象,基于该模型的补偿控制方法可以有效减小迟滞误差,是提高AFM系统中压电陶瓷执行器定位精度的一种有效方法。     

基于PZT的宏/微驱动机器人研究

综述了基于PZT的宏／微机器人的概念、现状、应用及所展开的相关研究成果,阐述了宏／微机器人克服了传统定位系统的局限性,可以同时满足大行程．高速高准确度的定位要求;压电陶瓷作为一种新型驱动器具有结构紧凑、体积小,可以做到无机械摩擦、无间隙、较高的位移分辨率等特点,用于宏／微结合,可得到了良好的效果．介绍了基于PZT的宏／微机器人的研究现状和成果,这些宏／微机器人分别用于精密装配、光纤对接、IC封装、生物工程、柔性手臂等领域。     

压电陶瓷微位移器的非线性修正

针对压电陶瓷微位移器的非线性问题进行了深入的研究,提出了使用该方法可以将压电陶瓷微位器的非一性度从２５％降到４％,这是一种简单,方便,可靠,成本低的非线性补偿方法。文中对压电陶瓷位移器的非线性机理做了深入的研究,并给出一个基于ＩＢＭ４８６计算机与ＭＣＳ９８单片机以及测试试验台组成的一个完整的试验系统。     

新型压电精密步进旋转驱动器

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动器。该驱动器采用仿生运动的原理,以定子内箝位的方式和均布薄壁柔性铰链微变形结构,解决了以往压电精密驱动器箝位不牢固、旋转步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、输出不稳定等问题。研制的精密旋转驱动器能够实现高频率(30 Hz)、高速度(380μrad/s)、大行程(>270°)、高分辨率(1μrad/step)、且输出稳定,大幅度提高了压电步进旋转驱动器的驱动性能。该驱动器在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

大行程纳米级步距压电马达驱动电源的研究

针对基于尺蠖运动原理的大行程纳米级步距压电电动机的运动特点,研制了一种压电陶瓷微位移驱动器驱动电源.对压电陶瓷进行动态驱动实验表明,在输入三角波、方波、正弦波等动态信号时,该驱动电源可很好地跟随输入波形的变化,实现了输入电压为0～5 V时,输出电压在0～280 V内连续可调,具有40 mV的高分辨率和较为理想的静特性.同时对压电陶瓷的驱动实验还表明:压电陶瓷在0～280 V的电压范围内,微位移变化是线性的.     

超磁致伸缩构件精密加工异形孔滑模控制

采用一组合趋近律的离散滑模控制方法,用于超磁致伸缩构件精密加工异形孔的高精度、实时微位移控制.该方法通过超磁致伸缩构件驱动模型与异形孔精密加工动力学分析,建立系统的状态方程,并通过微位移实时反馈解决切削干扰力不可测的问题.经微位移控制仿真和实验表明：超磁致伸缩材料(GMM)构件精密加工异形孔的微位移仿真误差在±0.8%以内,并具备快速趋近滑模面和抑制抖振的特点;微位移跟踪实验误差在±5%以内.     

柔性铰链放大器的设计与加工技术

为弥补压电陶瓷微位移器件伸长量过小的缺陷,设计了一种结构紧凑、无传动间隙、无附加位移耦合的柔性铰链微位移放大器,以满足大行程纳米定位的需要．详细讨论了柔性铰链放大器的工作原理、设计方法和加工技术关键．