基于靜電力原理的微小力測量與控制系統(tǒng).pdf

1、隨著科技的快速發(fā)展,材料等領(lǐng)域的研宄已經(jīng)深入到微米級和納米級尺寸,用于微小力測量的實驗儀器越來越廣泛的被使用,其在微電子機械系統(tǒng)、顯微硬度測試、納米材料研宄和實驗、生物科學研宄及應(yīng)用等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。由于受到標準砝碼加工技術(shù)等因素的制約,國內(nèi)可溯源及測量的最小的力大約為m N級,處于10_3N-10_4N的范圍內(nèi)。因此迫切需要研制出一種使用方便、準確可靠的微小力計量測試儀器,以提供10_5N以下力的計量。
　　通過查閱

2、國內(nèi)外參考文獻,對國內(nèi)外研宄成果進行了對比,采用差動式平行四邊形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu),通過具體的實驗裝置探索并驗證了基于靜電場的微小力測量原理和方案。主要研究內(nèi)容和工作如下:
　　1.基于虛功原理和能量守恒原理推導(dǎo)了利用靜電場復(fù)現(xiàn)微小力的原理,分析了電容式傳感器的要求,并對不同電容傳感器的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸進行了對比,利用Ansoft建立了同軸圓柱形電容傳感器的仿真模型,并對電場和電勢的分布以及電容值的大小進行了仿真。
　　2.討論了

3、測量系統(tǒng)中彈性敏感元件的要求,并利用AnsysWorkbench對平行四邊形柔性機構(gòu)的剛度和振動模態(tài)進行了仿真,針對平行四邊形柔性機構(gòu)的蠕變特性提出了差動結(jié)構(gòu)。
　　3.介紹了系統(tǒng)的測量方案,分析了系統(tǒng)組成中各個主要模塊的功能,根據(jù)測量需求設(shè)計了相應(yīng)的軟件。
　　4.通過系統(tǒng)辨識的方法建立了平行四邊形柔性鉸鏈的數(shù)學模型,包括模型階次以及模型參數(shù)的辨識。根據(jù)系統(tǒng)實際的控制需求采用了自校正PID控制算法完成對平衡待測力所需輸出電