风洞实验中飞行器表面的摩擦力不足空气压力的0.1%, 对于小面域、小量程的表面摩擦力测量, 存在准确性与力天平可靠性相悖的矛盾。因此, 基于杠杆原理及石英的压电效应, 该文设计了一种对毫牛级表面摩擦力放大测量的二维力压电传感器, 并通过静态标定实验和动态脉冲激励实验分别评价其测试性能。实验表明, 该传感器量程可低至50 mN, 非线性误差和重复性误差均小于1%, 固有频率为2 428 Hz, 满足风洞试验中表面摩擦力的测量需求。

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度, 建立了优化Stribeck摩擦模型, 对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先, 对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化, 采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后, 对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较, 发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%, 对摩擦力具有更好的补偿效果。最后, 在大行程二维精密定位平台上进行验证, 根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动, 0.05 m/s为高速运动, 在这两种速度下进行实验, 并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明: 精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时, 优化模型的跟随误差减小了67.67%; 在速度为0.05 m/s的高速运动时, 优化模型的跟随误差减小了51.63%, 验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。

为降低谐波传动中柔性齿轮给系统造成的低刚度和非线性死区的问题, 本文提出了一种基于双速度环的位置控制方法, 以电机端的速度环作为内环, 以负载端的速度环作为外环。从理论上分析了双速度环优于单速度环时, 电机端速度环满足的条件。此外对单双速度环对系统的影响进行了仿真分析, 结果表明双速度环对抑制系统中的非线性死区有很好的效果。最后实验结果也验证了双速度环对于克服系统中的非线性扰动, 提高系统的鲁棒性和精度有着很好的作用。

以惯性压电旋转驱动器为研究对象，对比研究了非对称式惯性压电旋转驱动器和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的运动特性。分析了两种驱动器的工作原理，设计、制作了试验样机，搭建了测试系统并对两种压电旋转驱动器进行了对比试验测试。结果显示：在8 Hz方波电信号的激励下，非对称式压电驱动器的旋转步距大于变摩擦力式旋转驱动器；当驱动电压为100 V时，非对称式与变摩擦力式压电驱动器的回退率分别为73.19%、65.67%；在40 V、8 Hz的方波激励下，非对称式与变摩擦式压电驱动器的线性度残差平方和与重复性标准差分别为0.031、0.069与0.011、0.063。试验结果表明：与变摩擦力式驱动器相比，非对称式驱动器的输出步距及回退率更大，具有较高的线性度和重复性。

基于虚拟仪器技术,利用NI USB-4431数据采集卡、LabView软件研发了一种伺服转台Stribeck摩擦测量系统,实现对光电设备伺服转台的Stribeck摩擦力矩测试.该套系统通过LabView程序控制USB-4431数据采集卡,实现了对转台速度、加速度、电流的采集、显示、存储、数据分析等功能.以某一光电设备T型架方位转台实验,获得该转台的最大静摩擦力矩参数、库仑摩擦力矩参数、临界速度和黏滞摩擦系数.经验证,将摩擦参数带入模型中,正弦曲线引导下,转台仿真与实验的速度相关系数达099.该系统人机界面友好,可实现在线显示与测量,提供丰富接口,系统功能可做进一步扩展.

在圆锥轧辊轧制带钢时，为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力，采用对轧辊表面进行激光毛化的方法，对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究，给出加工系统的硬件组成，介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工，为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变，推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式，同时给出相应算法，解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明，在圆锥轧辊表面进行激光毛化，不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力，同时还延长了轧辊的使用寿命。

为满足仪器在大的垂直负载和方位扭矩下的精密调平和精度保持,设计了楔铁式调平机构.利用静摩擦平衡方位扭矩,通过增大楔铁工作面来满足大的垂直负载,应用斜面机构和螺旋机构的速比大和自锁的特点实现精密调平和精度的保持.根据该机构的使用要求,提出了设计的4项准则.以此,设计计算了在垂直负载15 t,方位扭矩10 000 N@m,调平角度不小于1°,调平精度1"条件的楔铁式调平机构.

介绍了一种新型跳跃式移动机构,阐述了该机构的移动机理及其控制方法.跳跃式移动机构采用小型振动电机作为驱动,利用电机内偏心轮的旋转所产生的周期性的向心力及与工作表面的间歇性摩擦力的共同作用,实现机构的跳跃移动,两个不同放置位置的电机的组合运用,可实现机构可调速的直线运动和回转运动,通过一系列实验.验证了跳跃式移动机构可实现二维平面内的自由移动.