基于压电作动器驱动的微操作机构设计与运动控制

设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构。基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构,以改善压电作动器的输出位移。利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型,并通过Lagrange方法推导出其动力学方程,进而获得机构的自然频率。借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化,并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证。最后,实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180μm;在基于观测器PID控制下,机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm。本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果。     

压电微定位系统自适应鲁棒有限时间跟踪控制

针对压电微定位系统中存在外界扰动、迟滞等时变不确定、非线性因素影响其定位精度的问题,提出了一种基于函数逼近的自适应鲁棒有限时间控制策略。通过引入具有连续、非奇异,且有限时间收敛特性的终端滑模面,设计了满足压电微定位系统的轨迹跟踪控制律。为了克服该控制器依赖于系统不确定量的边界信息,采用傅里叶级数进行动态逼近,并针对其逼近误差,利用模糊逻辑系统实现在线补偿。最后,应用Lyapunov函数获得傅里叶系数及模糊调节参数的自适应律,并证明了该控制器的有限时间稳定性。仿真分析与实验结果验证了控制策略的鲁棒性与有效性。     

航天器微振动主动控制研究

随着航天领域的不断发展,航天器搭载的高精密仪器对振动环境的要求更加严格。本文针对航天器微振动的主动控制进行了分析。首先,根据隔振要求的不同,分别建立了单轴隔振器的扰动位移传递和干扰力传递的开环传递函数以及基于力反馈的闭环传递函数;然后,以扰动位移抑制为例通过理论推导分析了基于力反馈PI控制与线性自抗扰控制的主动隔振效果,并讨论了巴特沃斯滤波器对主动隔振系统的影响。最后,搭建了单轴主动隔振实验平台,验证了理论推导结果的正确性,LADRC控制可以在20~500Hz全频带取得较好的隔振效果。微振动的衰减率在低频段达10dB,在谐振频率和高频处达20dB。