基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究

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1、硕士学位论文基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究作者姓名张鸿阳学科专业机械制造及其自动化指导教师张宪民教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月Researchona3-DOFPlanarMicro-MotionStageBasedonPiezoelectricActuatorsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangHong-yangSupervisor：Prof.ZhangXian-minSouthChinaUniversityofTechnologyGu

2、angzhou,China分类号：TP242学校代号：10561学号：201320100290华南理工大学硕士学位论文基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究作者姓名：张鸿阳指导教师姓名、职称：张宪民教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械制造及其自动化研究方向：精密制造装备及现代控制技术论文提交日期：2015年4月22日论文答辩曰期：年6月厶曰学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：委员:______________华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研宄成

3、果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）•，学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论

4、文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在____年解密后适用本授权书。呀不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名私#°曰期：><年以1'指导教师签名:曰期：手摘要微动平台是精密定位技术研究中的核心内容。高精密的微动平台具有分辨率高、定位准确、刚度大、稳定性好等优点，故而得到了广泛的应用。本课题即针对基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台做出研究。压电陶瓷驱动器

5、是微动平台最常用到的驱动单元。当采用电压方式驱动时，压电陶瓷的位移曲线会表现出一定的迟滞非线性。为了减少开环控制时迟滞性的影响，本文采用PI模型构造了压电陶瓷的迟滞模型曲线，并使用自适应粒子群算法辨识了该模型的参数。此外，针对迟滞曲线的非对称特性，改进了模型的构建方法。结果表明，所提出的改进方法能明显提高模型的精度。采用伪刚体模型法、有限元分析法分别针对并联微动平台的位移、速度和工作空间进行了分析。求得了微动平台的位移传递关系以及雅克比矩阵，计算了微动平台的工作空间。针对平台的静力学和动力学问题进行了研究。求得了柔性铰链的转动刚度。分析了平台的输入-输出

6、力/力矩对应的关系。采用拉格朗日法建立了微动平台的动力学模型。求得了平台的动能和势能公式以及平台的前三阶固有频率。有限元仿真和模态实验结果验证了计算值的准确性。最后，搭建了微动平台的实验系统。使用双频激光干涉仪测量并标定了压电陶瓷输出端的位移，修正了平台的雅克比矩阵。基于模糊PID控制器，搭建了微动平台的控制系统。结合实验结果和实验装置，分析了误差产生的原因。关键词：3-RRR微动平台；PI迟滞模型；运动学；静力学；模糊PID控制IABSTRACTMicro-motionstageisanintegralpartoftheresearchforthepr

7、ecisepositioningtechnology.Stagesthatwithhighprecisioncanobtaingoodperformanceintermsofresolution,positioningaccuracy,stiffness,stability,etc.Therefore,micro-motionstagesarewidelyusedinavarietyofsituationsthatrequirehighprecision.Thisresearchfocusesonaplanar3-DOFmicro-motionstage

8、basedonpiezoelectricactuators.Piezoelect