宏-微兩級驅動的大行程高精度二維定位平臺基礎技術研究.pdf

1、本論文以研究大行程、高精度定位平臺為主要目的，結合浙江省科技計劃(國際合作)項目“納米級超精密定位平臺的研制”(No.2004C24003)，研制了以平面電機及超磁致伸縮致動器為驅動單元，以基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測量系統(tǒng)為測量單元的大行程高精度二維定位平臺，并進行了動力學分析、優(yōu)化、控制和相應的技術基礎研究與實驗研究。 第一章闡述了超精密定位平臺的研究背景與意義，介紹了其中的驅動與測量技術，綜合評述了當前國內外超精

2、密定位平臺大行程驅動方式、兩級驅動方式以及位移測量技術的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，重點分析了實現(xiàn)大行程高精度二維定位的若干基礎技術。最后給出了論文的主要研究內容，闡述了各章節(jié)結構之間的關系。 第二章研究了超磁致伸縮致動器的動態(tài)磁滯模型。在致動器(準)靜態(tài)磁滯模型的基礎上，結合渦流阻抗的估算方法，建立了致動器在不同頻率下的動態(tài)模型；研究了動態(tài)模型的數(shù)值計算方法，并對仿真與實驗結果進行了對比分析。 第三章根據(jù)超磁滯伸縮致動器(G

3、MA)微動平臺的磁、機特性，推導了GMA微動平臺的動力學模型；建立了基于一階有限差分-強跟蹤濾波的擴展卡爾曼-布斯濾波方法，對GMA微動平臺的位移測量信號進行濾波；并對所提濾波方法進行了仿真分析與實驗驗證。 第四章研究了基于磁滯逆補償?shù)某胖律炜s致動器自適應控制方法。采用二分法數(shù)值求解超磁滯伸縮致動器(GMA)(準)靜態(tài)與動態(tài)磁滯全逆模型，并將逆模型應用于GMA精密定位控制系統(tǒng)的前饋補償環(huán)節(jié)。對模糊PID控制、廣義最小方差—模糊

4、PID控制以及廣義預測PID控制等自適應控制算法的控制效率、控制精度進行了仿真與實驗研究。利用磁滯前饋逆補償結合多模廣義預測PID控制算法，提高GMA微動平臺的定位精度和起動階段的平穩(wěn)性。 第五章針對二維位移的測量，提出了基于平面電容傳感器原理、具有直接解耦效果的二維位移測量方法。對比了無限大平行板電容器電容量計算公式、Hereen模型、MAXWELL靜電場理論以及有限元等四種電容量計算方法的計算結果，在此基礎上計算了傳感器的靈

5、敏度。最后，結合靈敏度指標對傳感器的結構參數(shù)進行了設計。 第六章研制了基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測量系統(tǒng)。研究了基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測量系統(tǒng)研制所采用的主要技術：采用電荷放大器檢測電路對傳感器輸出微弱信號進行放大檢測，以消除PCS分布電容的影響；采用鎖相檢測原理對檢出的信號進行相敏解調，以消除由檢測電路寄生電容造成的相移：利用研制的傳感器所產生的相位籌為90度的兩路信號進行運動辨向、1/4周期計數(shù)、相位