压电陶瓷微位移驱动器输出特性的研究

摘要

作为前沿科技一纳米技术发展的关键技术之一,精密定位技术己成为许多现代工业领域和前沿科学技术研究的共同基础.压电陶瓷微位移驱动器具有体积小,位移分辨率高,频响高,承载力大等特点,广泛应用于精密定位技术中.但是,由于压电陶瓷微位移驱动器本身固有的迟滞、蠕变特性,给精密定位系统的控制带来了困难.所以如何建立压电陶瓷微位移驱动器非线性模型,进行精确的控制来提高精密定位系统控制精度就显得尤为重要. 本文在分析国内外压电陶瓷微位移驱动器研究现状的基础上,阐述了压电陶瓷微位移驱动器的驱动原理,并从微观角度给予进一步的说明.对压电陶瓷微位移驱动器的特性进行了分析,同时设计了加载装置,在不同的载荷下测定了压电陶瓷微位移驱动器的输出特性.针对压电陶瓷微位移驱动器的位移迟滞特性,对测得的数据进行了正交试验处理,采用回归分析方法和BP神经网络,建立了有负载的压电陶瓷微位移驱动器的位移输出特性的数学模型,并进行了实验验证.结果表明,所建立的模型能较好地模拟压电陶瓷微位移驱动器的迟滞特性,为提高精密定位系统的控制精度进行有益的尝试.

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1论文的背景和意义

1.2压电陶瓷微位移驱动器迟滞非线性模型的国内外研究现状

1.3本文主要研究内容及体系结构

第二章压电陶瓷微位移驱动器基础

2.1陶瓷驱动器概述

2.1.1陶瓷驱动器材料

2.1.2驱动器的工作模式

2.2压电陶瓷微位移驱动器原理

2.2.1压电与电致伸缩效应

2.2.2压电效应的微观机理

2.3逆压电效应的静电力学分析

2.4压电驱动的特点

本章小结

第三章压电陶瓷微位移驱动器基本特性测定

3.1压电陶瓷叠层结构及其输出特性

3.2特性测定的目的和设备

3.2.1特性测定的目的

3.2.2特性测定的设备

3.3压电陶瓷微位移驱动器的特性分析与测定

3.3.1电容特性

3.3.2响应特性

3.3.3温度特性

3.3.4迟滞特性

3.3.5蠕变特性

本章小结

第四章基于负载的压电陶瓷微位移驱动器输出特性测定

4.1加载设备的制备

4.2基于负载的压电陶瓷微位移驱动器位移输出特性测定

本章小结

第五章正交试验和回归分析建模

5.1正交试验

5.2回归分析

5.2.1回归分析基本概念

5.2.2回归分析采用的函数形态

5.2.3回归方程的建立

5.2.4实验验证

本章小结

第六章压电陶瓷微位移驱动器的人工神经网络建模

6.1人工神经网络简介

6.2人工神经网络的基本结构与模型

6.2.1人工神经元模型

6.2.2激活转移函数

6.2.3单层神经元网络模型结构

6.2.4多层神经网络

6.3神经网络模型结构的选取

6.3.1 BP神经网络

6.3.2 BP算法

6.4本系统采用的神经网络结构设计

6.5 BP神经网络建模

6.5.1网络设计与训练

6.5.2网络仿真

6.5.3图形用户界面(GUI)的实现

6.5.4实验验证

6.5.5两种建模方法的精度比较

本章小结

第七章总结与展望

7.1课题总结

7.2课题展望

参考文献

硕士期间发表的论文

附录