宏微复合运动平台的非线性补偿及其动态特性研究

摘要

高速电子制造装备常常需要实现高速、大行程和精密运动，宏微复合平台是实现其要求的有效方法之一。这类平台主要由直线电机与压电陶瓷驱动复合而成，往往要求在高速高加速运动条件下实现平台的快速精密定位。如何解决这一问题，涉及平台结构、运动控制、非线性补偿、精密定位等关键技术。本文针对宏微复合平台的微运动机构，开展压电陶瓷及弹簧的非线性磁滞复合效应研究以及微运动动力学特性研究，为提高宏微复合平台的定位精度奠定基础。论文的主要内容概括如下:
　　1、深入调研宏微复合平台国内外研究现状，分析微运动平台研究的关键技术及存在的难点问题，确定本论文的研究内容。
　　2、基于所设计的宏微复合平台结构，分析微运动平台的物理特性，重点研究与压电陶瓷相连的弹簧预紧力问题，通过对弹簧预紧的有限元分析及预紧力实验，确定合理的预紧力。
　　3、针对压电陶瓷及弹簧伸缩时的非线性磁滞复合问题，研究Preisach模型建模方法，提出基于Preisach模型前馈非线性补偿方法，对微运动平台磁滞复合非线性进行线性化补偿，提高平台定位精度。
　　4、分析微运动平台系统组成及各单元环节的特点，建立微运动平台系统机电动力学模型，分析微运动平台在开环阶跃响应下的动态特性。通过仿真和实验研究，验证所建动力学模型与微运动平台动态特性的一致性，明确微运动平台在有摩擦和无摩擦力作用下平台到达稳定所需时间，为微运动平台的快速定位奠定基础。
　　5、搭建宏微复合运动实验平台，应用相关仪器设备对宏微复合平台运动特性及精度进行分析。并验证上述方法对微运动平台的作用效果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 宏微复合平台国内外研究现状

1．2．1 宏微复合运动平台概述

1．2．2 国内外研究现状

1．3 压电陶瓷驱动的微运动平台磁滞补偿概述

1．3．1 压电陶瓷非线性磁滞建模方法

1．3．2 压电陶瓷非线性磁滞补偿控制方法

1．4 论文研究内容

第二章 宏微复合运动平台与微运动预紧弹簧分析

2．1 引言

2．2 宏微复合运动平台

2．3 微运动平台组成

2．4 微运动平台弹簧预紧力分析

2．4．1 弹簧预紧力对微运动平台的影响

2．4．2 预紧弹簧的有限元分析

2．4．3 弹簧预紧力的确定

2．5 本章小结

第三章 微运动系统的磁滞非线性补偿

3．1 引言

3．2 Preisach磁滞模型概述及建立

3．3 Preisach磁滞模型离散化及实现方法

3．4 基于Preisach模型前馈补偿方法

3．4．1 Preisach模型前馈补偿方法

3．4．2 Preisach模型前馈和PID复合控制

3．5 基于Preisach模型前馈补偿实验研究

3．5．1 微运动平台的非线性yαβ测定

3．5．2 基于Preisach模型前馈补偿实验

3．6 本章小结

第四章 宏微复合运动平台的微运动动力学建模

4．1 引言

4．2 宏微复合运动平台的微运动系统描述

4．3 微运动系统动力学建模

4．3．1 压电陶瓷电路建模

4．3．2 微运动平台动力学建模

4．4 微运动系统动力学模型仿真结果及分析

4．5 微运动系统模型验证及结果分析

4．6 本章小结

第五章 宏微复合运动平台的实验研究

5．1 引言

5．2 宏微运动实验平台的搭建

5．3 宏运动平台的性能测试

5．4 微运动平台静、动态特性实验研究

5．4．1 微运动平台静态特性

5．4．2 微运动平台动态特性

5．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

声明

致谢