● 摘要
随着科学技术的发展和人们研究领域的不断拓宽，操作对象已从宏观领域扩展到微观领域。为完成显微外科、细胞操作、超精密加工及测量、精微调整及装配等操作，对运动系统提出了更高的要求，需要达到纳米级的定位精度。本文结合国家自然科学基金项目”504750002’对纳米级精密定位系统中的关键技术进行了研究，包括压电陶瓷致动器驱动电源、微位移检测技术电路设计、压电陶瓷定位控制方法等方面。在压电陶瓷驱动电源方面:针对压电陶瓷致动器运动分辨率主要取决于驱动电源性能的特点，在压电陶瓷致动器功率分析的基础上，按照自顶向下的设计方法设计了一台压电陶瓷驱动电源，主要包括了直流稳压电源、放大电路和控制部分的设计，它是一台可通过计算机进行直接控制的新型容性负载压电陶瓷驱动电源。实验结果表明，该电源具有高分辨率、纹波小等特点。在微位移检测技术电路设计方面：设计了一个基于电阻应变片信号的微位移检测电路，能够实现对不同应变片信号进行调理的功能。实验结果表明，该检测电路能够稳定检测出应变片伸长的微小变化信号，具有分辨率高等特点。在控制方法方面: 基于压电陶瓷执行器位移-电压曲线各升程之间、各回程之间的相似性，采用坐标变换的方法，建立了一种新的简单实用的压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型，可以用来进行开环控制。针对压电陶瓷致动器动态响应和定位精度之间的矛盾，提出了前馈结合反馈的闭环精密定位控制方法，该方法结合了基于相似性原理进行坐标变换的前馈控制方法和反馈利用PID闭环控制的方法，利用前馈方法改善系统的动态特性，利用PID控制方法提高系统的定位精度。实验结果表明，基于前馈结合反馈的闭环控制方法有效地兼顾了系统的高动态响应和高定位精度，具有优异的控制品质。