文献类型：学位论文

中文题名：基于电荷控制法的压电惯性摩擦驱动器的设计及控制研究

作者：余婷婷[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：章文俊;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：压电驱动器;惯性摩擦驱动器;迟滞;电荷控制

摘要：随着纳米技术的发展,人们对高精度驱动和定位技术的需求也变得越来越大。压电驱动器具有驱动精度高,响应速度快,驱动力大,结构简单等优点,在高精度驱动和定位领域得到了广泛的应用。但是压电驱动器的驱动行程通常较短,只适用于短行程驱动的情况,无法满足长行程(毫米级)驱动的要求。此外,压电驱动器在应用中会出现迟滞效应,即系统的激励电压和响应位移之间会存在明显的非线性,这会影响驱动器的精度和稳定性,也会增加了控制系统的设计难度。针对压电驱动器行程短的问题,本文基于摩擦驱动原理,设计了一款压电惯性摩擦驱动器,该驱动器既具有压电驱动器的高精度特点,又具有摩擦驱动原理的长行程特点,能够实现高精度长行程(毫米级)驱动和定位。由于压电驱动器存在的迟滞效应会影响驱动系统的精度和稳定性,本文基于电荷控制法设计了一款新型高压电荷控制电路,来降低压电驱动器的迟滞非线性。该电荷控制电路基于高压运算放大器OPA454设计,使用平衡电阻来消除漏电阻的影响,适用于高压接地压电负载的情况下。实验结果显示在此电荷控制电路的作用下,压电驱动器的迟滞效应导致的非线性减少了82%。本文还设计了一款复合控制器来控制压电惯性摩擦驱动器的运动(定位运动和轨迹跟踪运动)。根据驱动器当前位置与目标位置的距离,把其运动分为步进阶段和精密阶段,分别设计了步进阶段控制器和精密阶段控制器。步进阶段控制器采用电压比例控制法,实现较快的运动速度,精密阶段采用基于系统逆模型的前馈控制法,以达到高的驱动精度。搭建了实验平台进行定位运动和轨迹跟踪运动的运动控制实验,实验结果显示,相比于传统的电压比例控制法,采用复合控制器能明显的提高驱动系统的精度和驱动速度。更多还原