压电型宏/微双驱动精密定位机构的建模与控制

提出了基于PZT的串联型宏/微双驱动精密定位系统,宏动台由步进电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器驱动。将微动台安装在宏动台上,宏动台以地面为定位参考物,微动台以宏动台为定位参考物;宏动台实现大行程微米级定位,微动台实现纳米级的定位精度。采用基于机器视觉的视觉伺服来协调控制系统宏动和微动各自的控制部分,将距离信号作为控制阈值,实现整个定位结构的全闭环反馈控制。测试表明：系统的动态以及稳定性良好,工作行程为80mm,定位稳定时间小于40ms,重复定位精度为100nm。     

新型压电-流体混合驱动精密位移机构

提出一种新型压电驱动精密位移机构,着重介绍了其结构、工作原理和控制方法,分析了机构参数与输出性能之间的关系。该机构以压电叠堆为动力元件驱动流体,利用换向阀控制流体流向,通过执行缸两个腔体内流体置换的方法将压电叠堆的往复振动转换成执行缸的直线运动。调整电压或执行缸的参数可获得所需的进给步长和输出推力,具有精度高、易于控制、稳定性好等特点,适用于微位移以及较大行程范围内的精密进给运动。     

基于显微视觉的宏/微双驱动微动台系统

提出了基于PZT的宏/微双重驱动精密定位机构,采用混合式步进电动机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位,安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差.采用显微视觉反馈控制微动台的移动和定位,实现定位机构的全闭环反馈控制.同时提出了带运动规划和估算的运动控制策略,提高了系统的运行速度.实验研究表明:系统的动态和稳定性能良好,该微动台的最大行程80 mm,定位精度1μm.     

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。     

用于精密微驱动的微执行器研究

精密加工和超精密加工是先进制造领域的重要方向之一,而精密微驱动技术,即微执行器技术是精密加工和超精密加工实现的关键,有关微执行器的研究成为机械研究的热点之一.为此,将微执行器进行了简单分类,并对国内外有关微执行器的研究成果进行了介绍.     

宏/微双驱动定位台显微视觉自动聚焦清晰度评价方法

在基于光学显微镜的微操作定位中,为了克服显微镜头在拍摄图像过程中的视场狭小、焦深短等问题,综合利用了基于梯度场的图像清晰度评价方法和基于小波变换的图像清晰度评价方法。将显微镜头安装在一维宏/微双精度定位平台上,用以保证显微镜头的运动精度。为了防止系统聚焦于面积最大的背景部分,采用了仅对目标区域进行清晰度评价计算的方法,保证系统仅对操作感兴趣的目标进行自动聚焦。通过以上技术实现定位机构的全闭环反馈控制。实验研究表明：系统的动态和稳定性能良好,系统的响应速度由0.3帧/s提高到3帧/s,同时根据清晰度确定的空间位置关系还可以进行防碰撞控制。     

压电驱动微悬臂梁与基底粗糙面间多次接触分析

基于压电原理,在考虑黏着、微凸体间相互作用、基底弹塑性变形及微悬臂梁弹性恢复等基础上,运用ABAQUS动态模拟分析了压电薄膜驱动下微悬臂梁末端与基底粗糙面间的接触。结果表明:每次压电驱动接触过程中均存在数次明显的接触-分离情形,梁与基底在无电压作用后2~4μs内仍出现黏合,分离期间粗糙表面发生小部分的弹塑性变形,其中最大残余应力值处于接触区域边缘;随着压电驱动次数的增加,基底发生塑性变形区域不断向两边扩展,表面间黏合作用增强,影响系统接触的可靠性。     

压电无阀微混合器的数值模拟

设计了一种压电无阀微混合器,对微混合器的结构和工作原理进行了说明和分析,并对其进行了数值模拟.利用ANSYS软件对微混合器的驱动部件圆形复合压电振子进行了瞬态动力学分析,研究了压电振子中心平面上各点在正弦交变电压驱动下的振动位移随各点半径、驱动电压的变化规律,发现各点位移呈正弦变化规律,各点振幅随半径的增大而减小,随驱动电压的增大而增大.根据压电振子各点位移变化规律拟合得到了压电振子运动位移方程,并根据位移方程编写了UDF程序,经编译后将UDF程序调入到Fluent软件中,以此作为设定压电振子的运动边界条件,采用动网格模型对微混合器进行了动态数值模拟,得到了压电无阀微混合器的流量及微混合器不同时刻的微混合器腔内的混合情况.结果表明：设计的压电无阀微混合器不仅能实现流体泵送,也可以在较短的时间内实现流体间的均匀混合.     

单相对称型压电驱动器的振动特性分析与研究

为解决双相压电驱动器对频率一致性要求高,以及单相驱动器不易实现双向运动、正反向性能不一致等问题,提出一种单模态驱动且双向运动一致的压电驱动器。该驱动器采用带方孔的对称型结构作为定子部分,并在其中心块两侧黏结沿厚度极化的压电陶瓷,通过给一侧的压电叠堆陶瓷施加电压信号来激发驱动足的法向和切向运动,从而形成扁平的椭圆运动轨迹。而驱动器的双向运动将通过轮换激发两侧的压电叠堆陶瓷来实现。为研究驱动器的驱动机理,建立了定子的有限元模型,采用有限元分析方法对其进行模态、瞬态分析,从而对其振动特性进行分析。然后根据仿真结果加工制造了样机,进行了机械特性实验,从而对其输出性能进行测试和讨论。     

精密车削二维微位移刀架研究

设计了一种微米级切削加工的微位移刀架,该刀架可满足数控车床精密加工的需要。该刀架以压电微位移致动器为动力源,以双平行四杆柔性铰链为弹性导轨,以最大输出位移为主要参数,设计了微位移刀架的结构,计算和选择了微位移刀架的结构参数。通过理论建模和有限元分析,对该铰链机构的系统刚度进行了计算,并对二维微位移刀架的输出位移进行实验测试。实验结果表明:理论计算结果、有限元仿真计算结果与实验测试数据吻合,验证了设计方法的可行性。     

摩擦传动的压电定位台高精度跟踪控制

针对选用的摩擦传动的压电定位台控制系统,首先根据其物理机理建立了近似的时域数学模型,通过开环实验,采用最小二乘法进行了参数辨识,所得模型与实际系统对输入的脉宽信号与三角波信号具有较为一致的输出;然后根据该模型的形式,采用其逆系统补偿加滑模变结构控制的方案,并讨论了该控制算法的稳定性及其参数的选择依据;最后进行了信号跟踪的实验测试,得到了微米级(最大跟踪误差为0.010 95 mm)的控制精度。作为对比,采用PI控制方法跟踪同一信号,结果表明,本文所用控制算法的控制精度远优于常规的PI控制方法。     

含双驱动五杆回路的弱耦合并联机构型综合

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法,对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路拓扑组成及拓扑特征;设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链;基于综合的复杂支链,构造了3种3支链和2种2支链的3T1R并联机构、2种4支链和4种3支链的3T2R并联机构,以及2种4支链和2种3支链的3T3R并联机构;对这15种新构型进行了拓扑结构特征分析,得到其所包含的独立回路数、过约束数、耦合度等。结果表明,综合的机构大多结构简单、紧凑,且耦合度低,有利于后续的运动学、动力学建模与分析,具有较好的应用前景。     

液压传动与电控技术在农业机械中的应用

随着国内农业生产发展,对农机具的要求日益提高,液压传动与电控技术在农业机械中的应用也取得了很大的发展。以液压传动与电控技术在现代拖拉机机组的悬挂系统上的应用为例,归纳出相关的发展趋势。      

四轮驱动汽车牵引力模糊控制方法仿真研究

建立了四轮驱动汽车加速过程的数学模型,采用模糊控制方法,建立了以滑转率为控制对象的汽车牵引力控制系统TCS(Traction Control System),用Matlab的模糊工具箱进行了模糊控制器的设计,并在Simulink仿真环境下进行了动态仿真,结果表明:基于模糊控制的TCS可将驱动轮滑转率控制在最佳值附近,有效地改善车辆的牵引性和动力性,抑制驱动轮过度滑转。     

数字农业技术平台电机驱动控制系统设计

“数字农业精准生产技术平台”项目的目的是开发一套新型农业精准作业系统,而电机驱动控制部分是整个作业系统的动力来源。为此,在介绍了数字农业特点及其发展现状的基础上,重点阐述了数字农业技术平台电机驱动控制部分的研究内容,并提出了比较具体的研究方案及技术路线。     

基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统

为使免耕播种机在秸秆覆盖地作业时自动保证播种深度的一致性和稳定性,设计了一种主动作用式播种深度自动控制系统。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)压电薄膜传感器将免耕播种机限深轮的胎面形变量转换为电压信号,信号处理电路对传感器产生的信号放大滤波,提取信号峰值,系统根据峰值信号实时监测播种单体对地表的压力,控制信号形成电路在压力不足时发出控制信号,控制安装在播种机机架与播种单体四连杆间的空气弹簧产生推力,使播种单体能够产生对地表的压力,从而保证播种深度的一致性。试验结果表明,所设计的主动作用式播种深度自动控制系统能够精确控制开沟深度,仿形性能可靠,作业速度为5~8 km/h时,播深合格率达到90%,作业速度大于8 km/h时,播深合格率明显高于被动作用式播种深度控制装置。     

基于滑转率的四轮驱动汽车防滑模糊控制仿真

建立了四轮驱动汽车加速过程的数学模型,以滑转率为调节对象,提出一种基于模糊PID控制的驱动防滑控制ASR算法,设计了以发动机油门为控制对象的模糊-PID控制器并讨论了控制器切换参数的选取,并针对均一低附着路面以及分离路面在Simulink仿真环境下进行了动态仿真.对比仿真结果,表明模糊PID控制性能优于单一的模糊控制.     

永磁直驱风力发电系统及变流器控制措施

在能源紧缺的社会背景下,开发风力发电受到广泛重视.在风力发电系统中,永磁直驱风力发电系统是当前风力发电装备的最佳选择,该系统具有发电稳定安全、风力利用高、发电效率高、控制操作便捷等特点与优势.永磁直驱风力发电系统变流器的控制方式有网侧变流器控制和机侧变流器控制,这两者的控制功能具有一定的区别.