直线型超声电机驱动的精密定位平台运动控制系统的研究

摘要

精密定位技术的先进与否是衡量一个国家制造业综合实力的标志之一，对其研究具有较大的应用价值。为使精密定位平台达到微米或亚微米定位精度，必须对其驱动与运动控制算法进行深入的探讨。本文针对直线型超声电机驱动的精密定位平台的特点，设计了运动控制系统，并对运动控制系统的性能进行了分析及实验研究，主要完成了以下几个方面的工作：
　　（1）由压电陶瓷材料的压电效应入手，分析驱动平台的蝶形直线超声电机的运行机理，由运行机理得出电机的三种速度控制方式。对三种控制方式比较后，选取调频调速作为系统的速度控制方式。
　　（2）设计由二维运动平台、硬件平台和软件平台构成的精密定位平台运动控制系统。其中，硬件平台包括运动控制卡、驱动电路和光电编码器；软件平台包括数据采集处理算法和运动控制算法。在其共同作用下，实现运动平台的精密定位。
　　（3）运动控制算法分为两大类：简单闭环控制和复合控制算法。在简单闭环控制模式下，对运动控制系统的定位性能进行分析，找出了影响系统定位精度的因素。为消除此因素的影响，针对系统的定位性能设计了复合控制算法。研究了系统在复合控制算法模式下的定位性能。
　　（4）基于二维运动平台的结构特性，分析了运动控制系统双轴运动实现二维波形跟踪的可行性。在复合控制算法模式下，双轴交替运动，实现平台对方波、正弦波和圆形运动轨迹的跟踪。
　　本项研究建立了精密定位平台的驱动、控制系统，揭示了平台的运动特性，研究了平台的精密定位算法，并进行了二维运动轨迹的波形跟踪，以上研究成果为进一步开展精密定位技术的研究及拓宽精密定位平台的应用领域奠定了较好的基础。

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缩略词

第一章 绪论

1.1超声电机研究意义

1.2 超声电机在精密定位平台中的应用[25]

1.3 超声电机驱动控制技术的发展与研究现状

1.4本文的研究目的与内容

第二章 蝶形直线超声电机驱动控制原理

2.1 引言

2.2压电陶瓷简介

2.3 蝶形直线超声电机结构与运行机理

2.4 蝶形直线超声电机速度控制原理

2.5 本章小结

第三章 精密定位平台运动控制系统设计

3.1 运动控制系统总体设计方案

3.2 二维运动平台

3.3 运动控制系统硬件平台

3.4 运动控制系统软件平台设计

3.5 本章小结

第四章 精密定位平台运动控制系统的定位性能研究

4.1 引言

4.2 简单闭环控制算法实验研究

4.3 复合控制算法实验研究

4.4 本章小结

第五章 精密定位平台运动控制系统双轴运动性能

5.1 引言

5.2 波形跟踪特性原理

5.3 波形跟踪特性研究

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文