微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究

在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上，结合数学建模方法，提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统，对迟滞数学模型进行了验证，实验结果表明，此模型可以有效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，本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。     

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的改善方法

压电陶瓷驱动器在微位移定位方面被广泛应用,但压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,因此,介绍了各种改善压电陶瓷驱动器迟滞非线性特性的方法,并提出了用3次样条插值法和最小二乘曲线拟合法来实现压电陶瓷驱动器的精确定位,改善压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性,实验表明,以上方法可使压电陶瓷驱动器的定位误差小于5％.     

压电驱动器迟滞特性的Preisach模型研究

压电驱动器的迟滞特性是影响其位移输出精度的主要因素。该文采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，并进行了相应的实验研究。实验结果表明该模型可以很好地预测压电驱动器在经过一定的控制电压序列以后的位移输出值．能够有效地降低迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响。     

压电陶瓷执行器Preisach模型的分类排序实现

通过实验研究了压电陶瓷执行器迟滞的擦除特性和一致特性,提出了一种新的分类排序实现方法,改善了经典Preisach模型在非单调极值输入信号下描述迟滞输入输出特性的能力,消除了传统Preisach模型实现形式对输入信号的限制条件。实验表明,这种Preisach模型分类排序实现方法能有效地预测压电陶瓷执行器的位移,提高了迟滞建模精度。     

基于小波变换的压电陶瓷动态迟滞特性建模

为了解决压电陶瓷迟滞系统的建模问题,提出了一种新迟滞建模方法--在小波域(时频域)对迟滞特性进行建模.该模型通过一维离散小波变换,实现输入信号从时域到小波域的转换;对转换后得到的小波域元素利用RBF神经网络进行逼近;再通过一维离散小波逆变换,使逼近后的小波域元素重新回到时域,整个变换过程间接地实现了对时域迟滞特性的描述.通过仿真表明,该建模方法是有效的,并具有较高的精度.     

压电陶瓷驱动器迟滞建模与自适应控制

为了降低压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,提出了改进型的Maxwell slip模型并引入自适应控制,使压电驱动器在宽频带下有良好的迟滞补偿效果。在经典Maxwell slip模型中,输出力与输入位移的关系会出现迟滞现象,表现为平行四边形,与压电陶瓷驱动器的迟滞特性接近。由于每一单元滑块的最大静摩擦力与弹簧弹性系数成比例关系,若弹簧系数取定值时,每一个单元的最大静摩擦力在系统实时控制中是不变的,因此可以采用自适应控制算法对输出信号权值进行更新,从而更精确地补偿压电陶瓷驱动器。为了验证该模型,搭建了悬臂梁结构压电实验平台,运用该迟滞模型进行迟滞补偿控制,实验结果表明,对于Maxwell slip模型自适应控制,在0.1~20 Hz宽频带下的均方根误差(RMSE)和绝对平均误差(MAE)均有减小。其中,在0.1 Hz下无前馈补偿控制的RMSE为0.037 5 μm,而通过自适应控制可以将压电微定位平台的RMSE降低到0.012 4 μm以内。与经典模型相比,所提出的Maxwell slip模型自适应控制具有在宽频带内进行精密定位的优点。     

压电驱动微进给工作台设计与性能研究

根据杠杆原理,使用结构紧凑的柔性导向支承机构,将压电驱动元件的伸长量传递到精密机床的进给系统上,进行精密进给。调节输入输出比可改变输出量大小及系统刚度。简述设计过程,提出了铰链的解析模型和有限元模型。测试结果表明柔性导向支承机构的静态刚度为5.5 N/μm,自振频率为439 Hz;微进给工作台行程为25μm,静态刚度约为200 N/μm。     

低波纹度快速响应压电陶瓷驱动电源的研制

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。文章提出了一种新的压电陶瓷驱动电源结构,并开发研制了新的压电陶瓷驱动电源,该电源采用直接稳压和放大方式,具有输出精度高,响应速度快,波纹度小,驱动能力强,稳定性好,结构简单,调试方便,造价低廉,实用性强等特点,适用于各种电压陶瓷驱动器。     

一种压电陶瓷微位移器驱动电源研究

在研究压电陶瓷微位移器的基础上,针对压电陶瓷的驱动特点和要求,设计了一种驱动电源。以单片机Atmega128和高压运算放大器PA78为核心器件,以及相关电路构成电压控制型驱动电源。介绍了主要模块电路的功能和实现,并对驱动电源进行测试实验。驱动电源可输出0~300 V连续电压,分辨率可达10 mV、静态纹波＜5 mV。结果表明该电源具有线性度高、稳定性好、分辨率高等优点。     

压电陶瓷迟滞逆模型的前馈PID控制

为减小压带陶瓷迟滞特性对系统跟踪精度的影响,在Preisach模型的基础上对压电陶瓷迟滞性进行建模。借助Matlab软件对实验数据进行拟合和采用逆控制思想,在迟滞逆模型的基础上提出前馈PID(即比例、积分、微分)控制算法。实验结果表明,压电陶瓷最大迟滞性控制在2.2%内,输入、输出具有较好的线性关系,带前馈的PID控制具有良好的控制性能。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15μm的范围内,最大拟合误差小于0.2μm;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12nm,表明该复合控制方法的有效性。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15 μm的范围内,最大拟合误差小于0.2 μm ;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12 nm,表明该复合控制方法的有效性。     

压电陶瓷驱动器在机器人柔性臂应用中的研究

研究了片状压电陶瓷驱动器在柔性手臂中的应用,推导了基本压电陶瓷驱动器的柔性臂静力学方程,建立了描述驱动器迟滞特性的Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型,提出了一种基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ前钏环的ＰＩＤ掏方法对柔性夺动主动控制和轨迹控制俞中以有效地克服片状压电陶瓷驱动器的迟滞特性,消除柔性臂运动产生的振动,实现柔性臂的精度轨迹控制。     

压电陶瓷作动器的率相关迟滞建模与内模控制

针对压电陶瓷作动器的率相关迟滞特性,建立了基于广义Bouc-Wen模型的Hammerstein率相关迟滞非线性模型,分别以广义Bouc-Wen模型和自回归历遍模型来代表Hammerstein模型中的静态非线性部分和线性动态部分,并辨识模型参数。在此基础上,得到Hammerstein模型的逆模型,通过构造其正、逆模型设计了内模控制方案,最后在试验平台上对控制方案进行了验证。实验结果表明,对100Hz以内期望信号的跟踪控制相对误差均小于9%,证明了所提出的模型和内模控制策略的有效性。     

压电微夹钳的迟滞及蠕变补偿

为提高压电微夹钳的操作精度,对其迟滞及蠕变误差进行补偿。基于压电材料迟滞曲线的非对称性,为提高微夹钳迟滞模型的精度,采用升回程分别建模的方法,建立了微夹钳的Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,对迟滞误差进行了补偿。在综合考虑模型简单且具有较高精度的前提下,采用二阶惯性环节建立了微夹钳的蠕变模型,设计出无需求蠕变逆模型的补偿器,对蠕变误差进行了补偿。实验结果表明,在最大位移为120μm时,钳指位移的迟滞误差由补偿前的-11.8～10.7μm减小为-1.7～1.0μm;在900 s作用时间内,钳指位移的蠕变由补偿前的4μm几乎减小为0。     

压电微动平台的改进PI迟滞模型研究

为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模型与实测初载曲线误差的最小二范数辨识出了模型的相应参数,实验验证了所建模型的有效性。实验结果表明,在20.7μm的平台最大位移范围内,模型的最大误差为0.71μm,平均误差为0.23μm。     

串联死区算子的压电微夹钳PI迟滞模型

针对Prandtl-Ishlinskii(PI)模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电微夹钳初载曲线,采用等分阈值方式,并通过使改进PI模型与实测初载曲线间的误差函数为最小,辨识出改进PI模型的参数,建立了压电微夹钳的迟滞模型。实验结果表明,在微夹钳15.2μm的最大位移范围内,模型误差的变化范围为-0.310~0.156μm,所建模型能很好地描述压电微夹钳的迟滞特性。     

压电陶瓷作动器的改进Duhem迟滞建模

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性,且在高频信号下迟滞现象更严重的问题,该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型.根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据,采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型,并通过与经典Duhem模型进行对比,验证了该模型的有效性.实验结果表明,与经典Duhem模型相比,改进...