1 宁波大学 机械工程与力学学院 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室， 浙江宁波352
2 浙江大学 机械工程学院 浙江省先进制造技术重点实验室，浙江杭州31007
针对微操作与微装配任务对多维大范围精密定位运动的需求，采用粘滑驱动原理并结合压电柔顺机构设计二自由度、大行程、无耦合并联定位平台。利用桥式机构对内置压电驱动器进行位移放大，并与复合解耦结构配合构成二维柔顺驱动机构。交叉滚柱导轨则连接移动台与驱动机构，并通过预紧螺钉调整接触摩擦力，进而获得良好的粘滑运动特性。采用有限元法建立定位平台的静力学模型，并对位移放大倍数、应力和固有频率进行仿真分析。最后，搭建实验测试系统验证定位平台的输出性能。实验结果表明：在扫描驱动模式下，驱动电压为150 V时，平台x和y向的输出位移分别为63.84 μm和62.61 μm，耦合比为0.52%和0.59%，分辨率为6.5 nm和7.2 nm；在步进驱动模式下，驱动电压为120 V时，平台在x和y向的单步位移分别为47.31 μm和47.20 μm，耦合比为0.69%和0.73%，x正向、x反向、y正向和y反向的运动分辨率分别为0.49，0.47，0.47和0.42 μm，最大垂直负载为50 N，设计的压电粘滑定位平台满足所需性能要求。
压电驱动 桥式机构 粘滑运动 定位平台 piezoelectric actuation bridge mechanism stick-slip motion positioning platform
山东理工大学 交通与车辆工程学院, 山东 淄博 255049
该文提出了一种基于模态局部化现象来检测外部质量扰动的可调式压电驱动谐振质量传感器, 质量传感器的检测结构由两个不同长度的悬臂梁通过机械耦合梁连接。首先利用哈密顿原理对压电驱动下的非对称谐振元件进行理论建模, 采用伽辽金方法求解, 得到前两阶模态下的振动特性;理论求解所得固有频率与COMSOL仿真分析、实验数据基本一致。实验研究表明, 无调谐质量的谐振器检测范围为2~10 mg, 添加调谐质量后的谐振器检测范围提高至1~13 mg, 质量检测的分辨率也得到优化。此外, 对传感器的结构进行非线性分析研究发现, 超谐振动下的谐振器检测灵敏度提升了80%, 这为非线性谐振传感器的设计提供了基础。
压电驱动 模态局部化 可调谐质量传感器 质量扰动 超谐振动 piezoelectric actuation modal localization tunable mass sensor mass disturbance super harmonic oscillation
长沙理工大学 电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410076
针对一类存在非线性迟滞特性的纳米定位压电驱动器的控制问题, 使用了一种与被控系统无关的自耦比例-积分-微分(ACPID)控制方法。该方法将系统内部所有复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动, 建立了以总扰动为激励的受控误差系统, 进而设计了基于ACPID控制理论的压电定位控制系统。理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性。仿真结果表明, ACPID控制系统的有效性不仅具有更快的响应速度、更高的控制精度, 且具有良好的抗扰动鲁棒性, 在压电定位系统控制领域具有较大应用价值。
迟滞 纳米定位 压电驱动 自耦比例-积分-微分(ACPID)控制 鲁棒稳定性 抗扰动鲁棒性 hysteresis nano positioning piezoelectric actuation auto-coupling PID(ACPID) control robust stability anti-disturbance robustness
1 宁波大学 机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211
2 浙江大学 机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室, 浙江 杭州 310027
针对压电微操作器的迟滞非线性补偿问题, 采用Prandtl-Ishlinskii(PI)法建立了描述微操作器迟滞非线性特性的迟滞模型, 并设计其前馈控制器。首先通过将系统逆补偿输出线性化, 设计混合灵敏度H∞控制器, 使系统具有较好的动静态特性。其次搭建了由多自由度微动平台和末端柔性操作臂构成的压电微操作器系统, 并进行一系列测控实验。结果表明,基于PI逆模型的前馈控制可以较好地补偿压电微操作器的迟滞非线性, 在最大输出位移125 μm的情况下, 最大迟滞非线性率由21.7%降低至7.4%。同时混合灵敏度H∞控制能以较小的相对控制误差实现对不同类型和频率的参考轨迹跟踪, 甚至微操作器动力学参数发生变化时, 仍然具有较好的控制效果, 证实了所提出控制器的可行性。
微操作器 压电驱动 H∞控制 迟滞模型 前馈控制 micromanipulator piezoelectric actuation H∞ control hysteresis model feedforward control
