壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的邏輯規(guī)則控制研究.pdf

1、精密定位系統(tǒng)是指精度高和靈敏度高的定位機(jī)構(gòu)，它是精密機(jī)械和精密儀器的關(guān)鍵部件之一。隨著壓電陶瓷微位移器在精密定位、微操作等方面越來(lái)越多的運(yùn)用，采用壓電陶瓷微位移器驅(qū)動(dòng)的柔性支承微定位機(jī)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用。由于壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、分辨率高、通常情況下幾乎不發(fā)熱且易于控制，已在微位移驅(qū)動(dòng)與控制上獲得了比較成熟的應(yīng)用。但同時(shí)壓電材料存在遲滯及蠕變特性，當(dāng)用于微定位系統(tǒng)中，由于非線性遲滯的影響，定位時(shí)難以達(dá)到較高精度，因此如何克服壓電材料

2、存在的固有的非線性遲滯及蠕變特性一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。為減少以上不良因素的影響，更好地發(fā)揮壓電陶瓷微位移器的性能，需要對(duì)這些缺陷進(jìn)行深入的研究，揭示遲滯非線性的物理本質(zhì)，建立相應(yīng)的物理和數(shù)學(xué)模型，發(fā)展控制算法，以消除遲滯非線性的不利影響。本文研究了壓電陶瓷微位移器的動(dòng)態(tài)控制模型，壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的邏輯規(guī)則控制策略、邏輯規(guī)則控制算法，進(jìn)行了邏輯規(guī)則控制算法的離線仿真和在線實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本文提出了壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的邏輯規(guī)

3、則控制策略，分別論述了邏輯規(guī)則控制的相關(guān)概念、術(shù)語(yǔ)，以及邏輯規(guī)則控制的基礎(chǔ)-泛布爾代數(shù)理論和基于泛布爾代數(shù)理論的邏輯規(guī)則控制系統(tǒng)的組成，邏輯控制的原理，邏輯規(guī)則控制方法的特點(diǎn)以及邏輯規(guī)則控制器的實(shí)現(xiàn)流程；給出了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯規(guī)則控制要求及其表征，在泛布爾代數(shù)理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了基于偏差相平面的邏輯規(guī)則控制算法和基于偏差相空間的邏輯規(guī)則控制算法。
　　 給出了壓電陶瓷這類(lèi)具有遲滯非線性特性的邏輯規(guī)則控制方案，建立了一種新

4、的壓電陶瓷微位移器的邏輯控制模型；并將基于泛布爾代數(shù)理論的邏輯規(guī)則控制算法，應(yīng)用于壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的控制中，同時(shí)進(jìn)行了離線仿真研究。在此基礎(chǔ)上，將邏輯規(guī)則控制算法與經(jīng)典的PID控制算法結(jié)合起來(lái)，提出了Rule+PI 多模態(tài)分段控制。
　　 給出了一種新的壓電陶瓷微位移系統(tǒng)的柔性驅(qū)動(dòng)平臺(tái)方案，描述了柔性驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，建立了該柔性驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的力學(xué)模型，并對(duì)該柔性驅(qū)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析；最后對(duì)柔性平臺(tái)剛度進(jìn)行了理論計(jì)算，最

5、終確定了彈性圈的參數(shù)。
　　 構(gòu)建了壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研制了一種新型的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，
　　 設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的硬件電路，并編制了壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的邏輯規(guī)則控制軟件；給出了壓電陶瓷微定位系統(tǒng)在邏輯規(guī)則控制器作用下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 最后將以上成果應(yīng)用于非探針多通道紅外近場(chǎng)光學(xué)顯微成像測(cè)量與實(shí)驗(yàn)中，建立了非探針紅外近場(chǎng)光學(xué)顯微成像系統(tǒng)的微定位平臺(tái)控制系統(tǒng)。該平臺(tái)控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)粗驅(qū)動(dòng)與壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)相