高精密定位平臺(tái)的位移耦合控制方法研究.pdf

1、超精密加工、微/納檢測、微裝配與微調(diào)整、微機(jī)器人等高精密領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)有加工、檢測、操作裝備提出了新的要求和挑戰(zhàn)。不僅要求裝備具有超高的精度和大的運(yùn)動(dòng)行程，還要求其結(jié)構(gòu)微型化、節(jié)能化及低成本。本文依托于重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)項(xiàng)目與訪問學(xué)者基金的大力資助下，針對(duì)大行程、多自由度、高精度等設(shè)計(jì)要求，研制的全柔順臺(tái)式微/納裝備，利用超高精度的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器及其監(jiān)測控制系統(tǒng)、無機(jī)械間隙的微/納傳動(dòng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)多自由度的微/納

2、定位與傳動(dòng)（三維移動(dòng)及二維轉(zhuǎn)動(dòng)）、微型零部件的超精密機(jī)械微/納加工、微裝配、微調(diào)整等功能。對(duì)提升我國高精密工業(yè)水平具有推動(dòng)作用，為未來工程應(yīng)用及微型化工廠的形成奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論研究意義及潛在的應(yīng)用前景。
　　目前應(yīng)用在精密機(jī)械設(shè)備上的定位平臺(tái)存在控制困難，自由度少，分辨率低，定位精度不足等技術(shù)難點(diǎn)，嚴(yán)重影響了設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)效率和加工精度。本文應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)控制理論，對(duì)定位工作臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理、多自由度工作位姿、系統(tǒng)

3、輸入輸出剛度、位移耦合、定位影響因素、解耦算法、控制方法及方案、誤差建模與定位性能評(píng)價(jià)等問題開展了理論研究，并進(jìn)行微/納傳動(dòng)平臺(tái)定位性能的試驗(yàn)研究。研究內(nèi)容主要包括：
　　①應(yīng)用柔順機(jī)構(gòu)學(xué)、精密機(jī)械學(xué)、偽剛體模型法的基本理論及分析方法，綜合分析了全柔順微/納傳動(dòng)平臺(tái)的傳動(dòng)與定位原理，探索了系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律及復(fù)合微運(yùn)動(dòng)特性，建立了微/納傳動(dòng)平臺(tái)的微傳動(dòng)數(shù)學(xué)模型，分析了微/納傳動(dòng)平臺(tái)微傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及復(fù)合微傳動(dòng)變化關(guān)系及變化規(guī)律等，揭

4、示了微/納傳動(dòng)平臺(tái)微傳動(dòng)的機(jī)理及特性。
　?、趹?yīng)用創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元數(shù)值分析、現(xiàn)代控制算法等理論，分析了微/納傳動(dòng)平臺(tái)單、多自由度位移耦合，探索了影響其定位精度的關(guān)鍵因素，建立了微/納傳動(dòng)平臺(tái)的解耦控制算法，分析了微/納傳動(dòng)平臺(tái)多自由度解耦控制方法，確定了系統(tǒng)的解耦控制模型。
　?、蹜?yīng)用自動(dòng)控制理論，進(jìn)行了壓電陶瓷的本征分析，建立了微/納傳動(dòng)平臺(tái)的定位控制方案，研究了微/納傳動(dòng)平臺(tái)的定位控制方法及反饋信號(hào)的采集方法；探索了