《大行程柔順並在線上構的系統創成與控制方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由董為擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大行程柔順並在線上構的系統創成與控制方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董為
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
柔順機構能夠提供極高的運動分辨力和重複定位精度，在超精密製造/微納工程中有著極為重要的套用，但受到柔順關節變形量的限制，無法提供大運動行程，難以滿足跨尺度的高精度定位的系統需求。本課題將利用形狀記憶合金的超彈性效應，提出超大行程柔順機構的概念設計，使得柔順機構能夠同時實現巨觀的行程和微觀的精度，在精密定位、微納工程等領域將具有十分廣闊的套用前景。本課題的主要關鍵技術涉及：形狀記憶合金超彈性效應下柔順機構模型表述、特性分析與多目標結構最佳化；基於改進的偽剛體模型的大行程柔順機構系統模型修正與絕對定位精度補償；基於子空間劃分與魯棒變增益控制的大行程柔順機構控制器設計與綜合；基於柔性壓電陶瓷片的柔順機構主動抑振與抑振最佳化等問題。本課題研究內容能夠解決目前柔順機構的若干瓶頸問題，將為新型精密驅動/傳動機械的結構-感測-控制一體化的研究，提供詳實的科學依據和技術基礎。
結題摘要
高精度傳動技術是現代高端精密裝備的重要支撐性技術。傳統柔順並在線上構由於受到柔性鉸鏈轉角範圍的限制，僅能提供微米級的工作空間。為了解決這一問題，本課題開展了大行程柔性鉸鏈及其所構建而成的平面柔順並在線上構的關鍵技術研究。對大行程柔順鉸鏈的結構設計、力學建模、性能分析，柔順並在線上構的系統設計、閉環軌跡跟蹤控制等方面進行了深入分析，實現了平面柔順並在線上構在大範圍內的高精度運動。基於形狀記憶合金（SMA）材料的超彈性特性，設計了一種新型大行程切口型柔性鉸鏈。採用Brinson本構模型描述了SMA材料超彈性過程中的應力-應變關係，通過單軸拉伸實驗獲得了SMA材料的本構參數。基於非線性梁理論和Brinson本構模型建立了幾何非線性和材料非線性條件下的超彈性柔性鉸鏈的末端變形模型。採用有限元分析和實驗驗證了超彈性柔性鉸鏈變形模型的準確性。分析了超彈性柔性鉸鏈的幾何參數、切口形式對其變形特性的影響。為了獲得綜合轉動性能最優的柔性鉸鏈，採用非支配遺傳算法NSGA-II對大行程柔性鉸鏈的結構參數進行了多目標最佳化。同時以規則工作空間內的全局條件數為指標對平面3-PRR並在線上構的構型參數進行了最佳化。利用最佳化得到的大行程柔性鉸鏈的幾何參數和並在線上構的構型參數，設計並建立了一套大行程3-PRR柔順並在線上構。提出了一種基於有限時間擾動觀測器的積分滑模控制算法，提高了直線超聲電機位移平台的軌跡跟蹤性能。為了消除大行程柔順並在線上構運動過程中不確定因素的影響，提出了一種基於擾動觀測器的逆運動學軌跡跟蹤控制策略，通過軌跡跟蹤實驗驗證所設計的軌跡跟蹤算法的有效性和大行程柔順並在線上構的運動性能。
