壓電陶瓷高動態精密定位驅動機理與控制方法研究

《壓電陶瓷高動態精密定位驅動機理與控制方法研究》是依託蘇州大學，由汝長海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：壓電陶瓷高動態精密定位驅動機理與控制方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：汝長海
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

針對壓電陶瓷在高動態運動精密定位需求，基於PWM電流可控的能量回收式高效驅動和系統逆補償控制的思想，研究高速振動抑制及減小非線性的控制方法。主要研究內容包括：研究適應於壓電陶瓷納米定位平台高動態運動的PWM能量回收式驅動機理，採用電流和電壓雙閉環反饋方式，重點解決動態運動狀態下壓電陶瓷漏電流的影響以及壓電陶瓷和功率放大器之間電荷交換；考慮高動態運動條件下溫度場的影響，建立壓電陶瓷多場耦合非線性本構模型，研究納米定位平台系統級動力學模型及機電耦合模型等基礎理論問題；研究基於PWM電流線性驅動的系統逆前饋補償技術，重點解決納米定位平台在高動態運動狀態下振動補償和非線性控制問題。本項目的研究對於實現面向高動態套用的壓電陶瓷納米定位技術具有重要的理論和套用價值。

結題摘要

隨著納米技術和納米科學在最近20年的迅猛發展，在微電子/光電子製造、微納製造、生命科學、汽車工業、超精密加工與測量等領域越來越迫切需要高速動態納米定位系統。針對壓電陶瓷在動態高速定位領域套用，對壓電陶瓷遲滯和蠕變建模並對其進行逆補償的控制方法是目前國內外的研究熱點，但由於存在遲滯等非線性因素，對系統遲滯建模和求取逆模型的複雜性、模型參數的靈敏性是該類方法所面臨的挑戰。此外，在壓電陶瓷動態套用中，線性驅動電源的效率低，發熱量大的問題一直限制著壓電陶瓷在高動態領域的套用，需要研究PWM能量回收式高效驅動方式，降低壓電陶瓷驅動電源的能耗、提高效率。本項目研究內容包括： 1、研究壓電陶瓷納米定位平台高動態運動的 PWM 能量回收式驅動機理，採用電流和電壓雙閉環反饋方式，PWM驅動電路模型和系統模型，利用電感電路進行儲能，對電場能回收； 2、針對高動態精密定位套用，通過加入平衡補償電阻，採用電阻匹配補償及電荷積分反饋的方法，設計出一種新型的面向高動態精密定位的電荷型壓電陶瓷驅動電源，解決了動態運動狀態下壓電陶瓷漏電流的影響以及壓電陶瓷和功率放大器之間電荷交換，位移輸出線性度較好，遲滯等非線性減少到1%； 3、研究高速運動條件下壓電陶瓷機電耦合模型和系統動力學模型；研究基於壓電陶瓷非線性本構模型，套用系統逆補償的原理，提出了對高頻振動、非線性等進行補償的高精度高頻響控制方法。 4、研究粘滑驅動納米精密定位技術，基於粘滑驅動跨尺度運動生成機理，建立粘滑驅動系統的一體化動力學模型；針對變負載情況下摩擦界面正壓力變化，提出了一種基於粘滑原理和凸輪傳動的壓電陶瓷驅動的新型跨尺度精密定位平台等。 在本項目資助下，總計發表論文16篇，其中SCI源國際期刊8篇，EI源期刊3篇，中文核心期刊4篇，國際會議1篇；SCI檢索8篇，EI檢索10篇；出版英文專著一部，題目為“NanopositioningTechnologies – Fundamentals and Applications”，系統描述了納米精密定位技術，是本項目重要成果之一；申請發明專利10項，其中授權發明專利7項，授權實用新型4項。 本項目的研究成果將為壓電陶瓷在高速動態定位中的實際套用，提供驅動方案、控制方法等方面提供參考。