直線超聲電機驅(qū)動的精密平臺及其控制方法研究.pdf

1、隨著精密工程若干領(lǐng)域的快速發(fā)展，對其關(guān)鍵技術(shù)之一，精密定位技術(shù)的需求也日益增長，它要求系統(tǒng)具有微/納米尺度的重復(fù)定位精度及分辨率。
　　 直線超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)彈性體的超聲振動，通過定子和動子間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動轉(zhuǎn)換成動子宏觀的直線運動，直接推動負載，因其響應(yīng)快、斷電自鎖、無需運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故將其應(yīng)用于精密定位平臺，可獲得極高的定位精度及分辨率。
　　 本文以改進后的直線超聲電機為驅(qū)動部件

2、，選用高精度的直線滾動導(dǎo)軌和高分辨率的光柵編碼器，搭建了結(jié)構(gòu)簡單、導(dǎo)向精度高、精度保持性好的直線精密平臺。
　　 在平臺的軟硬件方面，采用TMS320F2812DSP作為核心控制器，PC機作為上位機，利用上下位機間的串行通訊搭建起了完整的測控平臺。根據(jù)平臺不同動作，設(shè)計了異步串行通訊協(xié)議，并以LabVIEW作為開發(fā)平臺，設(shè)計了具備多種功能的上位機操作界面，下位機DSP也進行了相應(yīng)的程序開發(fā)，包括串行通訊和電機實時控制。
　

3、　 在平臺的位置精確控制上，首先應(yīng)用了較為成熟的PID控制算法，發(fā)現(xiàn)其無法達到理想的控制目標—準、穩(wěn)、快和魯棒性強；繼而通過理論和實驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了問題在于平臺的慣性位移過大；為了解決慣性位移問題，借助直線超聲電機在極短脈沖激勵下運行高分辨率的優(yōu)勢，本文提出了微步控制的思想，并將其融合于PID控制中，最終使系統(tǒng)達到了非常好的控制品質(zhì)，實現(xiàn)了平臺運行的控制目標。實驗數(shù)據(jù)表明，在0.5μm光柵精度的控制中，平臺在不同行程下的重復(fù)定位精度