精密定位平臺(tái)PPT課件

1、六自由度精密定位平臺(tái)研究及分析六自由度精密定位平臺(tái)研究及分析報(bào)告人：導(dǎo)師：主要內(nèi)容u1，研究背景及其平臺(tái)介紹u2，關(guān)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器研究與小探討u3，精密定位平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路u4，后期工作研究背景u本課題是在梁濟(jì)民師兄六自由度空間平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)其平臺(tái)進(jìn)行分析及其優(yōu)化，側(cè)重點(diǎn)在于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)改進(jìn)是講其之前的半閉環(huán)控制改換成全閉環(huán)控制，達(dá)到預(yù)期效果。六自由度精密定位平臺(tái)u組成：驅(qū)動(dòng)器、傳感器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等u性能指標(biāo)：定位精度、重復(fù)定位精度、系統(tǒng)剛度、工作空間大小、快速響應(yīng)性以及系統(tǒng)帶寬等圖1-1六自由度微動(dòng)平臺(tái)圖1-2大行程六自由度平臺(tái)同類(lèi)型六自由度平臺(tái)圖1-3空間六自由度柔

2、順并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖1-4六自由度柔順串并聯(lián)機(jī)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)本機(jī)構(gòu)采用空間6pss并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為基本構(gòu)型，然后選取平行導(dǎo)向四桿柔性鉸鏈作為平移鉸鏈。圖1-5 6pss精密定位平臺(tái)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)u該柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于：集成并聯(lián)機(jī)構(gòu)和柔順機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，剛度高、無(wú)間隙、無(wú)摩擦及無(wú)需潤(rùn)滑，從而確保精密定位平臺(tái)能夠達(dá)到高的分辨率和重復(fù)定位精度圖1-6 精密定位平臺(tái)實(shí)物圖壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器u 驅(qū)動(dòng)器是精密定位平臺(tái)的動(dòng)力裝置，本機(jī)構(gòu)采用了芯明天公司的pst150/7/60vs12型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。u 優(yōu)點(diǎn)：高分辨率以及快速響應(yīng)能力，如較大驅(qū)動(dòng)力、線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)范圍較大、剛度高等u 缺點(diǎn):運(yùn)動(dòng)范圍較小，這大大制約了精密定位平臺(tái)的工作

3、空間.圖1-7壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器關(guān)于壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象的研究u 本機(jī)構(gòu)采用的pst150/7/60vs12型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器,為了更好了解壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器電壓位移之間的關(guān)系，分別在開(kāi)閉環(huán)控制下做了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。u 實(shí)驗(yàn)一：在開(kāi)環(huán)控制下，輸入電壓與輸出位移關(guān)系0102030405060708090100 110 120 130 140 150051015202530354045505560657070電 壓 /v位移/um開(kāi) 環(huán) 控 制 位 移 -電 壓 1y=0.4397x+0.15201，在輸入電壓由0到149v逐漸增大的趨勢(shì)中，測(cè)量輸入電壓與輸出位移的關(guān)系。y=0.4397x+0.1520 x代表輸

4、入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-801020304050607080901001101201301401500510152025303540455055606570電 壓 /v位移/um開(kāi) 環(huán) 控 制 位 移 -電 壓 2y=0.3914x+8.54062，在輸入電壓逐漸減小的趨勢(shì)中，測(cè)量輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系。y=0.3914x+8.5406x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-93.在開(kāi)環(huán)控制下，可以發(fā)現(xiàn)在電壓降低過(guò)程中，輸出位移和之前相比，都有明顯的偏大，側(cè)面的證實(shí)了磁滯現(xiàn)象存在。0153045607590105120135150051015202530354045505

5、5606570輸 入 電 壓 /v輸出位移/umdata1data2圖1-10u實(shí)驗(yàn)二：在閉環(huán)控制下，電壓和位移的關(guān)系。0102030405060708090100 110 120 130 140 150150-10-50510152025303540455055606570輸 入 電 壓 （ v）顯示位移（um）閉 環(huán) 控 制 位 移 -電 壓 1y=0.4466x+0.77031，在閉環(huán)控制中，只需先確定輸出位移，對(duì)應(yīng)會(huì)產(chǎn)生所需要的輸入電壓。在輸出位移逐漸增大的過(guò)程中：y=0.4466x+0.7703x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-1101530456075901051201

6、35150150-10-505101520253035404550556065707580電 壓 （ v）位移（un）閉 環(huán) 控 制 位 移 -電 壓 2y=0.4467x+3.46782，在輸出位移逐漸減小的過(guò)程中，大致可以得到輸入電壓和輸出位移之間的關(guān)系：y=0.4467x+3.4678x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-120102030405060708090100 110 120 130 140051015202530354045505560輸 入 電 壓 /v輸入位移/um3.在閉環(huán)控制作用下，輸出的位移是能夠保證確定下來(lái)的，這點(diǎn)在精密定位平臺(tái)顯得很重要的的，于此我們依然

7、發(fā)現(xiàn)還是存在遲滯現(xiàn)象的，但相對(duì)開(kāi)環(huán)控制而言，閉環(huán)能減小遲滯造成的誤差圖1-13實(shí)驗(yàn)總結(jié)由上述實(shí)驗(yàn)得到以后兩個(gè)結(jié)論：1，無(wú)論在開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)控制過(guò)程中，輸出位移存在著遲滯現(xiàn)象，不僅與當(dāng)下系統(tǒng)的輸入電壓有關(guān)，更會(huì)因其過(guò)去輸入過(guò)程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。2，與開(kāi)環(huán)控制相比，閉環(huán)控制能降低遲滯現(xiàn)象對(duì)輸出位移的影響。遲滯現(xiàn)象u遲滯現(xiàn)象（hysteresis），或稱(chēng)滯后現(xiàn)象，指一系統(tǒng)的狀態(tài)(主要多為物理系統(tǒng))，不僅與當(dāng)下系統(tǒng)的輸入有關(guān)，更會(huì)因其過(guò)去輸入過(guò)程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。換句話(huà)說(shuō)，一系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某一輸入路徑之運(yùn)作后，即使換回最初的狀態(tài)時(shí)同樣的輸入值，狀態(tài)也不能回到其初始。u避免或降低影響措施：最

8、簡(jiǎn)單的方法是采用閉環(huán)控制小探討u 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器給定輸入電壓，會(huì)產(chǎn)生輸出位移，但實(shí)際輸出位移和理論肯定有出入，其中最大因素在于：之前測(cè)試的結(jié)果是無(wú)負(fù)載的情況下進(jìn)行得到的，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在伸長(zhǎng)過(guò)程中必然會(huì)對(duì)楔塊產(chǎn)生與其伸長(zhǎng)方向相反的作用力，這樣便會(huì)造成楔塊壓縮，位移輸出端真正產(chǎn)生的位移值必然小于壓電陶瓷理論輸出值，究竟存在何種準(zhǔn)確的關(guān)系，有待研究。楔塊壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器位移輸出端圖1-14控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化u 此前梁濟(jì)明師兄設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)如下所示：xe-517.i3壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器控制模塊功率驅(qū)動(dòng)模塊測(cè)量位置傳感模塊工控機(jī)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器60vs12空間六自由度微位移精密定位平臺(tái)計(jì)算機(jī)雙頻激光干涉儀reinshaw dx10u由于沒(méi)有將定位平臺(tái)的輸出位移反饋到其輸入控制中，所以對(duì)定位平臺(tái)進(jìn)行的是半閉環(huán)控制。通過(guò)采用激光尺，從而導(dǎo)出動(dòng)平臺(tái)位移信號(hào)，從而達(dá)到全閉環(huán)控制。初步設(shè)計(jì)方案如下：工控機(jī)xe5-517壓電陶瓷