1、六自由度精密定位平台研究及分析报告人：导师：主要内容u1，研究背景及其平台介绍u2，关于压电陶瓷驱动器研究与小探讨u3，精密定位平台控制系统的设计思路u4，后期工作研究背景u本课题是在梁济民师兄六自由度空间平台的基础上，对其平台进行分析及其优化，侧重点在于控制系统设计，重点改进是讲其之前的半闭环控制改换成全闭环控制，达到预期效果。六自由度精密定位平台u组成：驱动器、传感器、传动机构及控制系统等u性能指标：定位精度、重复定位精度、系统刚度、工作空间大小、快速响应性以及系统带宽等图1-1六自由度微动平台图1-2大行程六自由度平台同类型六自由度平台图1-3空间六自由度柔顺并联机构图1-4六自由度柔顺
2、串并联机构本实验设计平台本机构采用空间6PSS并联机构作为基本构型，然后选取平行导向四杆柔性铰链作为平移铰链。图1-5 6PSS精密定位平台机构优点u该柔顺并联机构优点在于：集成并联机构和柔顺机构的优点，刚度高、无间隙、无摩擦及无需润滑，从而确保精密定位平台能够达到高的分辨率和重复定位精度图1-6 精密定位平台实物图压电陶瓷驱动器u 驱动器是精密定位平台的动力装置，本机构采用了芯明天公司的PST150/7/60VS12型压电陶瓷驱动器。u 优点：高分辨率以及快速响应能力，如较大驱动力、线性运动范围较大、刚度高等u 缺点:运动范围较小，这大大制约了精密定位平台的工作空间.图1-7压电陶瓷驱动器关
3、于压电陶瓷迟滞现象的研究u 本机构采用的PST150/7/60VS12型压电陶瓷驱动器,为了更好了解压电陶瓷驱动器电压位移之间的关系，分别在开闭环控制下做了以下两个实验。u 实验一：在开环控制下，输入电压与输出位移关系0102030405060708090100 110 120 130 140 150051015202530354045505560657070电 压 /v位移/um开 环 控 制 位 移 -电 压 1y=0.4397x+0.15201，在输入电压由0到149v逐渐增大的趋势中，测量输入电压与输出位移的关系。y=0.4397x+0.1520 x代表输入电压/v，y代表输出位移/u
4、m图1-801020304050607080901001101201301401500510152025303540455055606570电 压 /v位移/um开 环 控 制 位 移 -电 压 2y=0.3914x+8.54062，在输入电压逐渐减小的趋势中，测量输入电压与输出电压的关系。y=0.3914x+8.5406x代表输入电压/v，y代表输出位移/um图1-93.在开环控制下，可以发现在电压降低过程中，输出位移和之前相比，都有明显的偏大，侧面的证实了磁滞现象存在。01530456075901051201351500510152025303540455055606570输 入 电 压
5、/v输出位移/umdata1data2图1-10u实验二：在闭环控制下，电压和位移的关系。0102030405060708090100 110 120 130 140 150150-10-50510152025303540455055606570输 入 电 压 （ v）显示位移（um）闭 环 控 制 位 移 -电 压 1y=0.4466x+0.77031，在闭环控制中，只需先确定输出位移，对应会产生所需要的输入电压。在输出位移逐渐增大的过程中：y=0.4466x+0.7703x代表输入电压/v，y代表输出位移/um图1-110153045607590105120135150150-10-505
6、101520253035404550556065707580电 压 （ v）位移（un）闭 环 控 制 位 移 -电 压 2Y=0.4467X+3.46782，在输出位移逐渐减小的过程中，大致可以得到输入电压和输出位移之间的关系：y=0.4467x+3.4678x代表输入电压/v，y代表输出位移/um图1-120102030405060708090100 110 120 130 140051015202530354045505560输 入 电 压 /v输入位移/um3.在闭环控制作用下，输出的位移是能够保证确定下来的，这点在精密定位平台显得很重要的的，于此我们依然发现还是存在迟滞现象的，但相对
7、开环控制而言，闭环能减小迟滞造成的误差图1-13实验总结由上述实验得到以后两个结论：1，无论在开环还是闭环控制过程中，输出位移存在着迟滞现象，不仅与当下系统的输入电压有关，更会因其过去输入过程之路径不同，而有不同的结果。2，与开环控制相比，闭环控制能降低迟滞现象对输出位移的影响。迟滞现象u迟滞现象（Hysteresis），或称滞后现象，指一系统的状态(主要多为物理系统)，不仅与当下系统的输入有关，更会因其过去输入过程之路径不同，而有不同的结果。换句话说，一系统经过某一输入路径之运作后，即使换回最初的状态时同样的输入值，状态也不能回到其初始。u避免或降低影响措施：最简单的方法是采用闭环控制小探讨
8、u 压电陶瓷驱动器给定输入电压，会产生输出位移，但实际输出位移和理论肯定有出入，其中最大因素在于：之前测试的结果是无负载的情况下进行得到的，压电陶瓷驱动器在伸长过程中必然会对楔块产生与其伸长方向相反的作用力，这样便会造成楔块压缩，位移输出端真正产生的位移值必然小于压电陶瓷理论输出值，究竟存在何种准确的关系，有待研究。楔块压电陶瓷驱动器位移输出端图1-14控制系统设计及优化u 此前梁济明师兄设计控制系统如下所示：XE-517.i3压电陶瓷驱动器控制模块功率驱动模块测量位置传感模块工控机压电陶瓷驱动器60VS12空间六自由度微位移精密定位平台计算机双频激光干涉仪ReinShaw DX10u由于没有将定位平台的输出位移反馈到其输入控制中，所以对定位平台进行的是半闭环控制。通过采用激光尺，从而导出动平台位移信号，从而达到全闭环控制。初步设计方案如下：工控机XE5-517压电陶瓷驱动器控制器测量位置传感模块功率驱动模块压电陶瓷驱动器六自由度精密控制平台RLE10激光尺反馈模块后期工作u由于对控制系统这方面才刚开始学习，具体实际的控制系统设计则会在下阶段工作重点，特别在于动平台的输出位移信号怎么样很好导入反馈系统 ，这将是急需解决的问题。谢谢！
