精密定位平臺課件

六自由度精密定位平臺研究及分析報告人：導(dǎo)師：六自由度精密定位平臺研究及分析報告人：主要內(nèi)容1，研究背景及其平臺介紹2，關(guān)于壓電陶瓷驅(qū)動器研究與小探討3，精密定位平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計思路4，后期工作主要內(nèi)容1，研究背景及其平臺介紹研究背景本課題是在梁濟民師兄六自由度空間平臺的基礎(chǔ)上，對其平臺進行分析及其優(yōu)化，側(cè)重點在于控制系統(tǒng)設(shè)計，重點改進是講其之前的半閉環(huán)控制改換成全閉環(huán)控制，達到預(yù)期效果。研究背景本課題是在梁濟民師兄六自由度空間平臺的基礎(chǔ)上，對其平六自由度精密定位平臺組成：驅(qū)動器、傳感器、傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)等性能指標(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1-1六自由度微動平臺圖1-2大行程六自由度平臺六自由度精密定位平臺組成：驅(qū)動器、傳感器、傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)同類型六自由度平臺圖1-3空間六自由度柔順并聯(lián)機構(gòu)圖1-4六自由度柔順串并聯(lián)機構(gòu)同類型六自由度平臺圖1-3空間六自由度柔順并聯(lián)機構(gòu)圖1-4六本實驗設(shè)計平臺本機構(gòu)采用空間6PSS并聯(lián)機構(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1-56PSS精密定位平臺本實驗設(shè)計平臺本機構(gòu)采用空間6PSS并聯(lián)機構(gòu)作為基本構(gòu)型，然機構(gòu)優(yōu)點該柔順并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)點在于：集成并聯(lián)機構(gòu)和柔順機構(gòu)的優(yōu)點，剛度高、無間隙、無摩擦及無需潤滑，從而確保精密定位平臺能夠達到高的分辨率和重復(fù)定位精度圖1-6精密定位平臺實物圖機構(gòu)優(yōu)點該柔順并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)點在于：集成并聯(lián)機構(gòu)和柔順機構(gòu)的優(yōu)點壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動器是精密定位平臺的動力裝置，本機構(gòu)采用了芯明天公司的PST150/7/60VS12型壓電陶瓷驅(qū)動器。優(yōu)點：高分辨率以及快速響應(yīng)能力，如較大驅(qū)動力、線性運動范圍較大、剛度高等缺點:運動范圍較小，這大大制約了精密定位平臺的工作空間.圖1-7壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動器是精密定位平臺的動力裝置，本機構(gòu)采用了芯關(guān)于壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象的研究本機構(gòu)采用的PST150/7/60VS12型壓電陶瓷驅(qū)動器,為了更好了解壓電陶瓷驅(qū)動器電壓——位移之間的關(guān)系，分別在開閉環(huán)控制下做了以下兩個實驗。實驗一：在開環(huán)控制下，輸入電壓與輸出位移關(guān)系1，在輸入電壓由0到149v逐漸增大的趨勢中，測量輸入電壓與輸出位移的關(guān)系。y=0.4397x+0.1520x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-8關(guān)于壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象的研究本機構(gòu)采用的PST150/7/602，在輸入電壓逐漸減小的趨勢中，測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1-92，在輸入電壓逐漸減小的趨勢中，測量輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系3.在開環(huán)控制下，可以發(fā)現(xiàn)在電壓降低過程中，輸出位移和之前相比，都有明顯的偏大，側(cè)面的證實了磁滯現(xiàn)象存在。圖1-103.在開環(huán)控制下，可以發(fā)現(xiàn)在電壓降低過程中，輸出位移和之前相實驗二：在閉環(huán)控制下，電壓和位移的關(guān)系。1，在閉環(huán)控制中，只需先確定輸出位移，對應(yīng)會產(chǎn)生所需要的輸入電壓。在輸出位移逐漸增大的過程中：y=0.4466x+0.7703x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-11實驗二：在閉環(huán)控制下，電壓和位移的關(guān)系。1，在閉環(huán)控制中，只2，在輸出位移逐漸減小的過程中，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1-122，在輸出位移逐漸減小的過程中，大致可以得到輸入電壓和輸出位3.在閉環(huán)控制作用下，輸出的位移是能夠保證確定下來的，這點在精密定位平臺顯得很重要的的，于此我們依然發(fā)現(xiàn)還是存在遲滯現(xiàn)象的，但相對開環(huán)控制而言，閉環(huán)能減小遲滯造成的誤差圖1-133.在閉環(huán)控制作用下，輸出的位移是能夠保證確定下來的，這點在實驗總結(jié)由上述實驗得到以后兩個結(jié)論：1，無論在開環(huán)還是閉環(huán)控制過程中，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)，更會因其過去輸入過程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。2，與開環(huán)控制相比，閉環(huán)控制能降低遲滯現(xiàn)象對輸出位移的影響。實驗總結(jié)由上述實驗得到以后兩個結(jié)論：1，無論在開環(huán)還是閉環(huán)控遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象（Hysteresis），或稱滯后現(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)，更會因其過去輸入過程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。換句話說，一系統(tǒng)經(jīng)過某一輸入路徑之運作后，即使換回最初的狀態(tài)時同樣的輸入值，狀態(tài)也不能回到其初始。避免或降低影響措施：最簡單的方法是采用閉環(huán)控制遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象（Hysteresis），或稱滯后現(xiàn)象，指一小探討壓電陶瓷驅(qū)動器給定輸入電壓，會產(chǎn)生輸出位移，但實際輸出位移和理論肯定有出入，其中最大因素在于：之前測試的結(jié)果是無負載的情況下進行得到的，壓電陶瓷驅(qū)動器在伸長過程中必然會對楔塊產(chǎn)生與其伸長方向相反的作用力，這樣便會造成楔塊壓縮，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)動器位移輸出端圖1-14小探討壓電陶瓷驅(qū)動器給定輸入電壓，會產(chǎn)生輸出位移，但實際輸出控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化此前梁濟明師兄設(shè)計控制系統(tǒng)如下所示：XE-517.i3壓電陶瓷驅(qū)動器控制模塊功率驅(qū)動模塊測量位置傳感模塊工控機壓電陶瓷驅(qū)動器60VS12空間六自由度微位移精密定位平臺計算機雙頻激光干涉儀ReinShawDX10控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化此前梁濟明師兄設(shè)計控制系統(tǒng)如下所示：XE-由于沒有將定位平臺的輸出位移反饋到其輸入控制中，所以對定位平臺進行的是半閉環(huán)控制。通過采用激光尺，從而導(dǎo)出動平臺位移信號，從而達到全閉環(huán)控制。初步設(shè)計方案如下：工控機XE5-517壓電陶瓷驅(qū)動器控制器測量位置傳感模塊功率驅(qū)動模塊壓電陶瓷驅(qū)動器六自由度精密控制平臺RLE10激光尺反饋模塊由于沒有將定位平臺的輸出位移反饋到其輸入控制中，所以對定位平后期工作由于對控制系統(tǒng)這方面才剛開始學(xué)習(xí)，具體實際的控制系統(tǒng)設(shè)計則會在下階段工作重點，特別在于動平臺的輸出位移信號怎么樣很好導(dǎo)入反饋系統(tǒng)，這將是急需解決的問題。后期工作由于對控制系統(tǒng)這方面才剛開始學(xué)習(xí)，具體實際的控制系統(tǒng)Thankyou!Thankyou!謝謝！供婁浪頹藍辣襖駒靴鋸瀾互慌仲寫繹衰斡染圾明將呆則孰盆瘸砒腥悉漠塹脊髓灰質(zhì)炎(講課2019)脊髓灰質(zhì)炎(講課2019)謝謝！供婁浪頹藍辣襖駒靴鋸瀾互慌仲寫繹衰斡染圾明將呆則孰盆瘸22六自由度精密定位平臺研究及分析報告人：導(dǎo)師：六自由度精密定位平臺研究及分析報告人：主要內(nèi)容1，研究背景及其平臺介紹2，關(guān)于壓電陶瓷驅(qū)動器研究與小探討3，精密定位平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計思路4，后期工作主要內(nèi)容1，研究背景及其平臺介紹研究背景本課題是在梁濟民師兄六自由度空間平臺的基礎(chǔ)上，對其平臺進行分析及其優(yōu)化，側(cè)重點在于控制系統(tǒng)設(shè)計，重點改進是講其之前的半閉環(huán)控制改換成全閉環(huán)控制，達到預(yù)期效果。研究背景本課題是在梁濟民師兄六自由度空間平臺的基礎(chǔ)上，對其平六自由度精密定位平臺組成：驅(qū)動器、傳感器、傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)等性能指標(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1-1六自由度微動平臺圖1-2大行程六自由度平臺六自由度精密定位平臺組成：驅(qū)動器、傳感器、傳動機構(gòu)及控制系統(tǒng)同類型六自由度平臺圖1-3空間六自由度柔順并聯(lián)機構(gòu)圖1-4六自由度柔順串并聯(lián)機構(gòu)同類型六自由度平臺圖1-3空間六自由度柔順并聯(lián)機構(gòu)圖1-4六本實驗設(shè)計平臺本機構(gòu)采用空間6PSS并聯(lián)機構(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1-56PSS精密定位平臺本實驗設(shè)計平臺本機構(gòu)采用空間6PSS并聯(lián)機構(gòu)作為基本構(gòu)型，然機構(gòu)優(yōu)點該柔順并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)點在于：集成并聯(lián)機構(gòu)和柔順機構(gòu)的優(yōu)點，剛度高、無間隙、無摩擦及無需潤滑，從而確保精密定位平臺能夠達到高的分辨率和重復(fù)定位精度圖1-6精密定位平臺實物圖機構(gòu)優(yōu)點該柔順并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)點在于：集成并聯(lián)機構(gòu)和柔順機構(gòu)的優(yōu)點壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動器是精密定位平臺的動力裝置，本機構(gòu)采用了芯明天公司的PST150/7/60VS12型壓電陶瓷驅(qū)動器。優(yōu)點：高分辨率以及快速響應(yīng)能力，如較大驅(qū)動力、線性運動范圍較大、剛度高等缺點:運動范圍較小，這大大制約了精密定位平臺的工作空間.圖1-7壓電陶瓷驅(qū)動器壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動器是精密定位平臺的動力裝置，本機構(gòu)采用了芯關(guān)于壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象的研究本機構(gòu)采用的PST150/7/60VS12型壓電陶瓷驅(qū)動器,為了更好了解壓電陶瓷驅(qū)動器電壓——位移之間的關(guān)系，分別在開閉環(huán)控制下做了以下兩個實驗。實驗一：在開環(huán)控制下，輸入電壓與輸出位移關(guān)系1，在輸入電壓由0到149v逐漸增大的趨勢中，測量輸入電壓與輸出位移的關(guān)系。y=0.4397x+0.1520x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-8關(guān)于壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象的研究本機構(gòu)采用的PST150/7/602，在輸入電壓逐漸減小的趨勢中，測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1-92，在輸入電壓逐漸減小的趨勢中，測量輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系3.在開環(huán)控制下，可以發(fā)現(xiàn)在電壓降低過程中，輸出位移和之前相比，都有明顯的偏大，側(cè)面的證實了磁滯現(xiàn)象存在。圖1-103.在開環(huán)控制下，可以發(fā)現(xiàn)在電壓降低過程中，輸出位移和之前相實驗二：在閉環(huán)控制下，電壓和位移的關(guān)系。1，在閉環(huán)控制中，只需先確定輸出位移，對應(yīng)會產(chǎn)生所需要的輸入電壓。在輸出位移逐漸增大的過程中：y=0.4466x+0.7703x代表輸入電壓/v，y代表輸出位移/um圖1-11實驗二：在閉環(huán)控制下，電壓和位移的關(guān)系。1，在閉環(huán)控制中，只2，在輸出位移逐漸減小的過程中，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1-122，在輸出位移逐漸減小的過程中，大致可以得到輸入電壓和輸出位3.在閉環(huán)控制作用下，輸出的位移是能夠保證確定下來的，這點在精密定位平臺顯得很重要的的，于此我們依然發(fā)現(xiàn)還是存在遲滯現(xiàn)象的，但相對開環(huán)控制而言，閉環(huán)能減小遲滯造成的誤差圖1-133.在閉環(huán)控制作用下，輸出的位移是能夠保證確定下來的，這點在實驗總結(jié)由上述實驗得到以后兩個結(jié)論：1，無論在開環(huán)還是閉環(huán)控制過程中，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)，更會因其過去輸入過程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。2，與開環(huán)控制相比，閉環(huán)控制能降低遲滯現(xiàn)象對輸出位移的影響。實驗總結(jié)由上述實驗得到以后兩個結(jié)論：1，無論在開環(huán)還是閉環(huán)控遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象（Hysteresis），或稱滯后現(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)，更會因其過去輸入過程之路徑不同，而有不同的結(jié)果。換句話說，一系統(tǒng)經(jīng)過某一輸入路徑之運作后，即使換回最初的狀態(tài)時同樣的輸入值，狀態(tài)也不能回到其初始。避免或降低影響措施：最簡單的方法是采用閉環(huán)控制遲滯現(xiàn)象遲滯現(xiàn)象（Hysteresis），或稱滯后現(xiàn)象，指一小探討壓電陶瓷驅(qū)動器給定輸入電壓，會產(chǎn)生輸出位移，但實際輸出位移和理論肯定有出入，其中最大因素在于：之前測試的結(jié)果是無負載的情況下進行得到的，壓電陶瓷驅(qū)動器在伸長過程中必然會對楔塊產(chǎn)生與其伸長方向相反的作用力，這樣便會造成楔塊壓縮，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)動器位移輸出端圖1-14小探討壓電陶瓷驅(qū)動器給定輸入電壓，會產(chǎn)生輸出位移，但實際輸出控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化此前梁濟明師兄設(shè)計控制系統(tǒng)如下所示：XE-517.i3壓電陶瓷驅(qū)動器控制模塊功率驅(qū)動模塊測量位置傳感模塊工控機壓電陶瓷驅(qū)動器60VS12空間六自由度微位移精密定位平臺計算機雙頻激光干涉儀ReinShawDX10控制系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化此前梁濟明師兄設(shè)計控制系統(tǒng)如下所示：XE-由于沒有將定位平臺的輸出位移反饋到其輸入控制中，所以對定位平臺進行的是半閉環(huán)控制。通過采用激光尺，從而導(dǎo)出動平臺位移信號，從而達到全閉環(huán)控制。初步設(shè)計方案如下：工控機XE5-517壓電陶瓷驅(qū)動器控制器測量位置傳感模塊功率驅(qū)動模塊壓電陶瓷驅(qū)動器六自由度精密控制平臺RLE10激光