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構，它是精密機械和精密儀器的關鍵部件之一。隨著壓電陶瓷微位移器在精密定位、微操作等方面越來越多的運用，采用壓電陶瓷微位移器驅動的柔性支承微定位機構得到廣泛的應用。由于壓電驅動器結構緊湊、體積小、分辨率高、通常情況下幾乎不發(fā)熱且易于控制，已在微位移驅動與控制上獲得了比較成熟的應用。但同時壓電材料存在遲滯及蠕變特性，當用于微定位系統(tǒng)中，由于非線性遲滯的影響，定位時難以達到較高精度，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問題之一。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，需要對這些缺陷進行深入的研究，揭示遲滯非線性的物理本質，建立相應的物理和數(shù)學模型，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，進行了邏輯規(guī)則控制算法的離線仿真和在線實驗研究。
　　 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)則控制的相關概念、術語，以及邏輯規(guī)則控制的基礎-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)則控制方法的特點以及邏輯規(guī)則控制器的實現(xiàn)流程；給出了運動控制系統(tǒng)的邏輯規(guī)則控制要求及其表征，在泛布爾代數(shù)理論的基礎上，進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，應用于壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的控制中，同時進行了離線仿真研究。在此基礎上，將邏輯規(guī)則控制算法與經(jīng)典的PID控制算法結合起來，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)的柔性驅動平臺方案，描述了柔性驅動平臺的結構，建立了該柔性驅動平臺的力學模型，并對該柔性驅動平臺進行了靜態(tài)分析和動態(tài)分析；最后對柔性平臺剛度進行了理論計算，最

5、終確定了彈性圈的參數(shù)。
　　 構建了壓電陶瓷微定位系統(tǒng)的實驗平臺，研制了一種新型的壓電陶瓷驅動電源，
　　 設計了專用的硬件電路，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驗結果。
　　 最后將以上成果應用于非探針多通道紅外近場光學顯微成像測量與實驗中，建立了非探針紅外近場光學顯微成像系統(tǒng)的微定位平臺控制系統(tǒng)。該平臺控制系統(tǒng)采用步進電機粗驅動與壓電陶瓷微驅動相