基于压电迟滞对称性的线性微位移控制作动器

针对目前压电微位移控制系统中普遍存在的模型非线性、系统复杂或不稳定等缺点,提出了一种基于压电迟滞对称性及单向单回路循环的微位移线性控制系统。 首先利用压电迟滞效应中回路正调曲线与逆调曲线之间的轴对称性质,使二个性能一致的压电位移作动器位于回路的对称点,其迟滞非线性效应得 以相互抵消,从而使其总的位移输出与输入驱动电压呈线性关系;其次,在控制策略的选择上,为避免因次级回路的出现而导致的复杂性与不稳定性,并保证压电系统的输出精度,位移调节过程中仅采用一个确定的主回路,且二个位移作动器均按此主回路的单向逆时针方向调节;依据所提出的模型和算法,进行了实验验证,并对误差进行了分析与补偿;结果表明模型位移输出精度达到 nm 级,最大误差 15 nm,平均误差约 0 nm;同时该模型还具备结构简单、计算量小、易于实现、输入与输出为线性关系等优点。     

压电叠层作动器迟滞特性模型

压电叠层作动器是智能主动杆的关键部件,迟滞非线性是影响其控制应用的重要方面。在对迟滞特性进行分析的基础上,根据压电叠层作动器的工作特征,采用修正经典Preisach模型对压电作动器的迟滞特性进行建模,以预测压电作动器的位移输出,并进行了相应的实验分析。与随机电压序列的实测输出结果进行比较,该模型的误差范围小于2μm,明显优于线性模型,能更准确地预测作动器的位移输出,为实现精密的作动控制提供了可能。     

压电致动器系统迟滞特性分析及影响

为了适应微动隔振平台自适应控制的要求,提高系统响应速度,对隔振平台系统的执行元件——压电致动系统进行了迟滞特性分析。为避免系统各部分间迟滞量混淆,将压电致动系统分为驱动电源和致动器两部分,首先根据Maison等效电路分析了驱动电压的迟滞量,然后综合考虑压电堆和机械结构的动态特性。在对压电致动器整体动态建模的基础上得出了系统输出位移-电压的迟滞量表达式,由表达式分析了影响迟滞的六个因素及影响。为高精度压电驱动系统的设计、控制系统的优化提供了依据。     

一种基于电磁驱动的非圆异形孔加工方法

为了对镗杆施加径向可控随动作用力,在镗床主轴与镗杆之间设置一个柔性铰链变形机构(转子),而在其外围设置一个多磁极加力机构(定子),两者形成一个回转式电磁微位移驱动机构.定子与转子之间的作用力取决于定子线圈中的控制电流,改变控制电流可以改变转子与定子之间的作用力,实现转子相对于定子的径向微位移.通过对电磁驱动力的数值建模,提出了实现电磁驱动机构同步驱动的控制方法;通过对电磁驱动力线性化误差进行分析,给出了电磁驱动器关键参数的设计方法.在正常工作范围内,电磁驱动器微位移与控制电流之间具有较好的线性关系.模拟试验表明,通过改变控制电流的大小,转子(镗杆)中心的回转半径随之变化,从而带动镗杆在径向上做精密微位移.     

气体轴承的动态特性分析及实验研究

针对气体静压主轴回转误差求解不准确的问题,提出了一种利用气膜阻尼模型预测气体轴承动态特性的计算方法,揭示了气膜阻尼影响气体轴承动态特性的内在机制。首先通过微扰动法和分离变量法对气体轴承的气膜阻尼系数建模并求解分析;然后将气膜阻尼系数引入轴承转子系统进行动力学建模,计算分析阻尼系数对气体轴承动态特性的影响;最后搭建气体轴承回转误差测量试验台,得到主轴实时回转跳动误差信号并与理论结果进行对比。实验结果表明:与未考虑气膜阻尼特性的回转跳动误差相比,考虑气膜阻尼特性计算的主轴回转跳动误差值更加接近实验测量值,考虑气膜阻尼特性使主轴跳动误差率减小了4.93%～8%。研究结果可为气体轴承动态特性的预测和精度控制提供理论参考。     

动态微位移补偿器的研制

本文介绍了一种压电陶瓷微补偿器，其位移输出与输入电压呈线性关系，满量程误差小于0.6%；在频率低于500Ｈz时的动态性能颇为理想；模拟静压轴承的主轴回转误差进行仿真试验，补偿器的输出位移信号与其模拟输入信号，在２０Ｈz(１２００r／ｍｉｎ）下是十分相近的．     

微振动控制中超磁致伸缩作动器的设计与分析

针对微振动控制中对作动器的要求,基于超磁致伸缩材料的特性对作动器进行了优化设计,通过对其进行磁路分析、热效应分析,验证了设计的合理性;针对超磁致伸缩材料的非线性性能,利用实验测量的主迟滞回线和一阶折返曲线数据点建立Preisach模型,采用输入校正迭代算法对非线性进行补偿,然后对作动器进行精密定位控制实验.实验结果表明...     

超高精度定位系统及线性补偿研究

依据一个带有宏定位和微定位的超高精度定位系统设计，应用弹性力学理论进行精定位台的静、动参数的分析和估算，确定了系统的自然频率，并由此设计出双伺服环的控制系统。控制系统由2根循环滚珠丝杠构成宏定位，3个压电驱动器构成微定位。在系统软件中，采用Chebyshev数字滤波器进行去噪，使整个定位系统控制在200mm的行程中，其定位精度达到了8nm。对于由压电驱动器（PZT）的迟滞和非线性特性而产生的系统重复运动误差，系统采用EMM（Exact Model Matching)控制策略，最终实现正向和反向运行的误差量比补偿前降低5倍以上，使得正反向运动几乎落在同一曲线内，实现了对压印光刻工艺集成电路制造中的高精度定位要求。     

主轴回转误差的动态数据模型研究

从车床切削过程的动态模型出发，分析了用动态数据系统（ＤＤＳ）方法建立主轴回转误差模型的理论基础，直观，深入地展示了模型建立的条件和实质，进一步对实测的多组主轴回转误差信号，建立了ＡＲ模型。通过模型的预测误差研究，验证了模型和文中理论分析的正确性，本文结论可用于实时误差补偿系统中，为主轴回转误差的建模和预测方案设计提供依据。     

计算机辅助主轴回转误差测试与分析

讨论了计算机辅助主轴回转误差检测原理，分析了影响测量精度的因素，通过傅立叶变换分析，指出检测元件安装偏心和形状误差是影响主轴回转误差测量精度的主要因素．采用滤波技术消除检测元件安装偏心和形状误差的影响，达到精确获取主轴回转误差信息的目的．     

定位平台非线性摩擦的神经网络补偿

提出了一种基于BP神经网络的机械伺服系统非线性摩擦的补偿方法，根据方法设计出一种将经典的PD控制与神经网络控制相结合的控制器，该控制器既有PD控制的优点，又能神经网络逼近非线性函数的能力，较好地补偿了系统中的非线性摩擦和外部扰动，应用Lyapunov稳定性定理，证明了系统的稳定性，并得到系统跟踪差的边界值，采用刚毛摩擦动力学模型，对X－Y定位平台进行仿真和实验，结果表明该控制器能够补偿系统的非线性因素，保证了系统的稳定，减少了跟踪误差，该方案控制效果明显优于PD控制，可用于工业设备的控制中。     

基于失配补偿Smith-RBF神经网络的 主蒸汽压力控制技术

针对燃气发电锅炉主蒸汽压力控制系统对象的大滞后、不确定性和煤气扰动大的特点,设计了一种基于失配补偿Smith预估及RBF神经网络的控制方案。利用RBF神经网络的在线学习能力整定常规PID的参数,并通过失配补偿Smith预估控制器对系统中存在的纯滞后进行补偿,有效解决了火力发电锅炉主蒸汽压力对象动态特性模型失配及纯滞后的问题。通过仿真研究及实际应用表明:该控制方法对于火力发电锅炉主蒸汽压力控制具有很好的稳定性和抗干扰能力。     

框简结构剪力滞后效应分析

剪力滞后现象是高层框筒结构的一个重要力学现象，本文采用能量变分法分析了薄壁箱形截面梁的剪力滞后效应，对影响剪力滞系数的几何参数进行了对比分析，得到了一些有用的结论，对结构设计与施工有一定的指导作用．     

数控机床主轴热特性分析

主轴热误差是数控机床热误差的主要组成部分,热弹性现象是交替变化的热源作用在构件上产生的,误差补偿是提高机床精度的最有效方法之一．为此,提出并分析了一维主轴热弹性现象产生的原因及其重要特征,并通过有限元分析和实验验证了热动态特性的存在及变化规律．随着时间的增长,温升．热变形之间的关系会逐渐趋近稳态,但不可能获得绝对的稳态．在传热过程中,随着传热距离的增加,温度变化滞后性越大．     

基于新型前馈补偿的电压源型逆变器研究

研究了三相电压源型逆变器输出电压控制,分析了逆变器的非线性扰动和等效滞环继电器模型,提出了补偿量在线可调的前馈补偿控制系统模型.利用搜索控制器(SC),在给定电压不变条件下,通过消除不同开关频率定子电流基波幅值的差,在线确定由死区、电力半导体器件导通关断时间产生的脉宽误差.将功率开关和续流二极管通态电阻视为负载阻抗的一部分,将导通阀值产生的逆变器输出电压误差折算为等效的脉宽误差,并进行了补偿.最后利用合众达DSP F28335模拟器进行了实验,比较了脉宽误差补偿前后得到的定子电流波形,结果表明,该方法有效地消除了脉宽误差,抑制了死区效应.     

级配碎石动态力学性能对隧道路面受力影响

具有良好温湿稳定性的级配碎石常设置在隧道路面下排出基岩上渗水。利用动三轴实验模拟基岩渗水对级配碎石层动态力学性能的影响,建立了动态回弹模型表征其力学特性,并采用非线性有限元分析了路面受力。结果表明,动三轴试验较好地模拟了级配碎石层的实际受力状态;Uzan模型考虑了材料的剪切性能,更能反映了级配碎石在隧道路面中应力状态;随含水量的变化,Uzan模型中回归系数变化呈明显的非线性特征,进而显著影响级配碎石的动态回弹模量的变化;级配碎石模量越大,路面层底的最大拉应力减小率越小;为了兼顾到级配碎石层的排水渗透功能和强度,应严格控制级配,特别是0.075mm以下的含量宜控制在5％～7％,级配碎石的回弹模量宜控制在200～300MPa之间。     

音圈电机推力迟滞特性研究

为实现音圈电机推力的精确控制,基于Preisach模型对音圈电机的推力迟滞特性进行了建模,构建了音圈电机的推力迟滞逆模型,并设计了开环逆补偿器,对有逆补偿器和无逆补偿器的音圈电机进行了推力特性试验.结果表明,有逆补偿器的音圈电机推力迟滞环明显小于无逆补偿器的音圈电机.且有逆补偿器的音圈电机推力最大绝对误差为0.2 N,相对误差基本维持在3%以内.无逆补偿器的音圈电机推力最大绝对误差达到了0.75 N,相对误差变化较大,补偿后推力绝对误差最大降低了73%.      

框筒结构长宽比对剪力滞后的影响及其分析

剪力滞后现象是高层框筒结构的一个重要力学现象,影响剪力滞后现象的因素有很多．文中应用剪力滞后系数的概念。分析在其他影响因素不变的情况下,框筒结构长宽比对剪力滞后的影响。     

摩擦补偿脉冲特征参数的自适应配置方法

提出了一种摩擦补偿脉冲特征参数的自适应配置方法.依据运动轨迹参数、摩擦力矩、摩擦补偿效果最优值、相关动态特性信息以及伺服控制参数,通过动态迭代过程,精确计算出摩擦补偿脉冲特征参数,并在精密运动平台上进行了摩擦补偿脉冲特征参数的自适应配置实验.结果表明,在不同的工况及运动轨迹条件下,所提出的方法均能够达到较好的摩擦补偿效果,且其误差峰值偏差均小于1μm.     

超精密数控机床进给系统非线性分析及误差补偿研究进展

从超精密加工的基本需求出发,介绍了超精密数控机床的主要误差源及误差产生的原因,讨论了进给系统中非线性因素对系统动态性能、静态性能及加工精度的影响,综述了进给系统非线性控制策略和误差补偿的研究现状,总结了阶段性研究成果,并对今后的研究方向及关键问题进行了展望,最终提出通过先进控制技术和全息误差补偿技术有机结合提高加工精度的总体思路.