考慮壓電驅(qū)動(dòng)遲滯性微操作平臺的仿真與控制.pdf

1、隨著科技的日益發(fā)展，大型的工業(yè)型機(jī)械操作平臺得到了全面的發(fā)展并且日趨成熟，然而在需要微型操作的領(lǐng)域里，像微裝配工程、生物工程、超精密加工及軍事等需要精密操作及控制的領(lǐng)域，都需要用具有微米級、亞微米甚至納米的分辨率的微操作平臺。近年來，微操作平臺也被國內(nèi)外科學(xué)工作者不斷的設(shè)計(jì)、研究和創(chuàng)新，已經(jīng)出現(xiàn)了許多類型的微操作平臺的模型，有些也已經(jīng)實(shí)際的運(yùn)用到了現(xiàn)實(shí)生活中，例如生物醫(yī)療器械，已經(jīng)出現(xiàn)了微米級的操作手術(shù)臺;還有在微裝配領(lǐng)域里也出現(xiàn)了一些

2、精密的裝配微操作手，這些微操作手只在顯微鏡下才能進(jìn)行裝配任務(wù)。可見操作平臺的運(yùn)用越來越受到關(guān)注。
　　 本文主要是設(shè)計(jì)了一種新穎的二自由度柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)微操作平臺，即一種擁有位移放大能力的微操作平臺，而且平臺的分辨率可達(dá)到微米級。二自由度微操作平臺的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)采用的是柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，并非傳統(tǒng)鉸鏈。利用柔性鉸鏈作為微操作平臺傳遞位移，力和力矩的運(yùn)動(dòng)副，比起傳統(tǒng)的鉸鏈來說，具有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)誤差小，無摩擦，而且采用的是一體式加工，使得平臺的

3、結(jié)構(gòu)更加緊湊等優(yōu)勢。同時(shí)平臺利用一個(gè)二級放大機(jī)構(gòu)，使得操作手有大的工作空間和小的分辨率。在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上分析了平臺的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)，同時(shí)采用MATLAB里PSO優(yōu)化工具箱對其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出了平臺柔性鉸鏈的最優(yōu)尺寸。并且利用ANSYS軟件對平臺進(jìn)行了仿真分析，分析了運(yùn)動(dòng)平臺在一個(gè)很小的輸入力時(shí)，看其輸出變化情況以及應(yīng)力分布情況，并且也得出了力與位移和力與應(yīng)力分布關(guān)系圖。
　　 本文中微操作平臺的驅(qū)動(dòng)部件采用的是在驅(qū)動(dòng)

4、微小平臺里常見的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為其驅(qū)動(dòng)部件具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如響應(yīng)快、精度高、體積小、位移分辨率大和輸出力大等特點(diǎn)。但也因其有遲滯性、蠕變和非線性等缺點(diǎn)而使得在驅(qū)動(dòng)平臺時(shí)，對平臺的運(yùn)動(dòng)精度有一定的影響。其中對平臺精度影響最大的是壓電的遲滯效應(yīng)，遲滯誤差一般可達(dá)15％～20％，或者更多。因此壓電的遲滯特性必須要考慮在控制中，并減少其遲滯誤差。這樣能使其控制更加的平穩(wěn)，可靠和精確。本文針對壓電遲滯的來源進(jìn)行了分析，討論了遲滯