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基于PZT的微驱动定位系统及控制方法的研究 被引量：46
1
作者 孙立宁 孙绍云 +1 位作者 曲东升 蔡鹤皋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第1期55-59,共5页
介绍了基于PZT驱动的一维微动工作台。该微动台采用柔性平行板铰链机构,对其进行了出力和位移关系的分析,并且进行了ANSYS的有限元分析设计,求得了系统的固有频率和最大位移。其理论分析、有限元计算和试验测试结果的对比分析的一致性... 介绍了基于PZT驱动的一维微动工作台。该微动台采用柔性平行板铰链机构,对其进行了出力和位移关系的分析,并且进行了ANSYS的有限元分析设计,求得了系统的固有频率和最大位移。其理论分析、有限元计算和试验测试结果的对比分析的一致性说明了理论分析的正确性和数值分析的可靠性。使用精密光栅进行微位移闭环检测,使用哈工大博实精密测控公司研制的压电陶瓷驱动电源。采用单神经元自适应PID控制算法对系统进行控制,单神经元具有自学习和自适应能力,而且结构简单易于计算;而传统的PID调节器也具有结构简单、调整方便和参数整定与工程指标联系密切等特点。推导了单神经元自适应PID控制器,并进行了实验,微位移为20μm时的响应时间为12ms,实验证明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 微动工作台 平行板 PZT驱动 单神经元 自适应PID控制 定位系统 微位移机构
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新型二维纳米级微动工作台的动力学分析 被引量：29
2
作者 刘品宽 孙立宁 +1 位作者 曲东升 荣伟彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2002年第2期143-147,共5页
提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统 ,工作台采用直角柔性平行板铰链 ,实现X ,Y方向的运动 ,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大。并对这种新型结构形式理论分析与实验测试。根据拉格郎日方程建... 提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统 ,工作台采用直角柔性平行板铰链 ,实现X ,Y方向的运动 ,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大。并对这种新型结构形式理论分析与实验测试。根据拉格郎日方程建立微动工作台的运动微分方程 ,推导出系统前两阶固有频率的解析式。采用有限元分析方法对微动工作台进行模态分析 ,得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型 ,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试。经理论分析、有限元计算和实验测试结果进行对比与分析的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性。 展开更多
关键词 微动工作台 动力学 纳米定位 柔性铰链 有限元方法
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压电陶瓷致动器自适应逆控制方法的研究 被引量：15
3
作者 曲东升 孙立宁 高有将 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第5期354-357,共4页
压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用 ,但是它也存在着迟滞、蠕变和位移非线性等不足。该文将自适应逆控制思想应用于对压电陶瓷致动器的控制。通过对其机电变换特性的分析 ,用自适应法建立压电陶瓷的迟滞蠕变模型和... 压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用 ,但是它也存在着迟滞、蠕变和位移非线性等不足。该文将自适应逆控制思想应用于对压电陶瓷致动器的控制。通过对其机电变换特性的分析 ,用自适应法建立压电陶瓷的迟滞蠕变模型和逆模型。并且在此基础上建立实验系统 ,对压电陶瓷致动器进行自适应逆控制法的研究。实验数据分析结果表明 ,该控制方法有良好的学习功能 ,系统的输出线性误差从 2 8.1%减少到 1.5 6 %。 展开更多
关键词 致动器 压电陶瓷 迟滞特性 蠕变特性 自适应逆控制
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压电陶瓷微位移器件控制模型的研究 被引量：16
4
作者 曲东升 荣伟彬 +2 位作者 孙立宁 徐晶 蔡鹤皋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2002年第6期602-607,共6页
从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型。首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型。其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明... 从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型。首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型。其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明了采用电极化强度的方法可以有效减小迟滞的观点。并设计了两种实验系统,对两种控制模型进行了实验验证,实验结果表明,所建立的两种模型可有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制。 展开更多
关键词 压电陶瓷 微位移器件 控制模型 迟滞 极化强度
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压电陶瓷微位移系统的模糊PID控制方法 被引量：14
5
作者 节德刚 孙立宁 +2 位作者 曲东升 王力 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期145-147,共3页
针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器. 该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单. 在此基础上建立... 针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器. 该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单. 在此基础上建立实验系统,实验证明了该控制器适于压电陶瓷微位移系统. 展开更多
关键词 压电陶瓷 徽位移 模糊PID 精密光栅尺
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精密微塑性成形系统的研制 被引量：14
6
作者 王春举 曲东升 +3 位作者 周健 单德彬 郭斌 孙立宁 《锻压技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期56-59,共4页
随着微型零件尺寸的减小,对成形设备提出了更高要求,传统的塑性成形设备难以在小行程下实现载荷和位移的精确控制。针对微成形的特点研制了精密微塑性成形系统,设计了宏动/微动相结合的驱动系统,微动部分使用压电陶瓷作为驱动器,宏动部... 随着微型零件尺寸的减小,对成形设备提出了更高要求,传统的塑性成形设备难以在小行程下实现载荷和位移的精确控制。针对微成形的特点研制了精密微塑性成形系统,设计了宏动/微动相结合的驱动系统,微动部分使用压电陶瓷作为驱动器,宏动部分采用精密丝杠旋钮来实现,借助数据采集系统进行数据的实时采集和处理,使用成形工艺控制器对微成形过程进行精确控制,该系统可以对模具进行加热以实现等温成形,由温度PID控制器控制。使用该精密微塑性成形系统进行了微成形试验,所成形的微型齿轮零件质量良好。 展开更多
关键词 成形系统 微塑性 研制 数据采集系统 PID控制器 成形设备 精确控制 零件尺寸 驱动系统 压电陶瓷 精密丝杠 实时采集 成形过程 成形工艺 等温成形 成形试验 零件质量 微型齿轮 微成形 驱动器 行数据 微动 模具
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压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究 被引量：16
7
作者 荣伟彬 曲东升 +2 位作者 孙立宁 徐晶 蔡鹤皋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2003年第1期22-25,35,共5页
在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差... 在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞效应 统计物理 数学建模 微位移控制 非线性误差
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基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究 被引量：18
8
作者 孙立宁 荣伟彬 +3 位作者 曲东升 高振国 楼朝飞 蔡鹤皋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第6期514-518,共5页
根据仿生学原理 ,采用分立式布局 ,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器。该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式 ,实现了光学镜面的二维微调整操作。实验表明 ,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点 ,... 根据仿生学原理 ,采用分立式布局 ,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器。该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式 ,实现了光学镜面的二维微调整操作。实验表明 ,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点 ,也适用于其它微操作中大行程高分辨率的旋转驱动。 展开更多
关键词 微操作 微驱动 仿生型旋转微驱动器 电磁铁箝位 压电陶瓷 机器人
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新型二维压电驱动微动工作台的设计分析 被引量：13
9
作者 刘品宽 曲东升 +1 位作者 王莉 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第1期31-34,共4页
研究开发了一种新型压电驱动二自由度纳米级微定位工作台。文章采用静力学理论对微动工作台的运动副进行了建模分析 ,推导出直角平行板柔性铰链的刚度计算表达式。采用有限元分析方法 ,对柔性铰链和微动工作台的静、动态力学特性数值分... 研究开发了一种新型压电驱动二自由度纳米级微定位工作台。文章采用静力学理论对微动工作台的运动副进行了建模分析 ,推导出直角平行板柔性铰链的刚度计算表达式。采用有限元分析方法 ,对柔性铰链和微动工作台的静、动态力学特性数值分析 ,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试。理论分析。 展开更多
关键词 压电驱动 纳米级微定位 柔性铰链 有限元分析 设计 微动工作台
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自由空间光通信ATP系统中精瞄偏转镜的设计 被引量：19
10
作者 邵兵 孙立宁 +2 位作者 曲东升 王建国 秦昌 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期43-47,共5页
二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动。研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,... 二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动。研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系统,对偏转镜的频率和静态性能进行了测试,并着重介绍了频率的两种测量方法及其优缺点分析。仿真和测试结果表明,偏转镜的频率约为1.5 kHz,转角范围约为±2 mrad,精度约为1μrad,分辨率约为0.1μrad。 展开更多
关键词 自由空间光通信 捕获 跟踪 瞄准系统 精瞄偏转镜
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压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用 被引量：11
11
作者 荣伟彬 曲东升 +2 位作者 孙立宁 张涛 蔡鹤皋 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第3期186-190,共5页
基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实... 基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实现了纳米级微动定位。最后以微操作手为核心构成微操作机器人系统 ,通过微操作手的微动调整 ,成功完成了直径为 0 .2 m m轴孔零件的微装配任务。 展开更多
关键词 压电陶瓷管 微操作手 压电驱动与检测 微装配 微操作机器人
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柔性臂动力学建模及比较研究 被引量：8
12
作者 孙立宁 王洪福 曲东升 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2003年第6期525-529,共5页
根据广义坐标的不同定义应用Lagrange方程建立了两种表达形式的水平面内转动的两自由度柔性机械臂动力学模型;分析了两类方程的不同特点和适用领域;将模型的仿真结果和实验结果进行对比分析,验证了模型的准确性;为柔性臂动力学分析和下... 根据广义坐标的不同定义应用Lagrange方程建立了两种表达形式的水平面内转动的两自由度柔性机械臂动力学模型;分析了两类方程的不同特点和适用领域;将模型的仿真结果和实验结果进行对比分析,验证了模型的准确性;为柔性臂动力学分析和下一步研究提供了理论指导及重要的前提条件。 展开更多
关键词 柔性臂 动力学模型 广义坐标
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宏/微驱动定位系统滑模变结构控制的研究 被引量：9
13
作者 孙绍云 曲东升 +2 位作者 孙立宁 王力 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2004年第1期32-34,共3页
研究了具有宏 /微双重驱动定位工作台的滑模变结构控制技术 .该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动 ,来保证较大的工作行程和较快的响应速度 ,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动 ,利用光栅尺实现闭环位移反馈 ,可以实现 10 0mm... 研究了具有宏 /微双重驱动定位工作台的滑模变结构控制技术 .该工作台采用直线电机进行大行程位移驱动 ,来保证较大的工作行程和较快的响应速度 ,采用压电陶瓷微位移器完成精密位移驱动 ,利用光栅尺实现闭环位移反馈 ,可以实现 10 0mm的工作行程 ,0 .0 1μm的重复定位精度 . 展开更多
关键词 宏/微驱动 直线电机 PZT驱动器 滑模变结构控制
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高速高精度平面并联机器人模糊自调整PID控制方法的研究 被引量：10
14
作者 孙立宁 崔晶 +1 位作者 曲东升 楚中毅 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2003年第6期512-515,520,共5页
针对推力波动、负载变化等非线性因素对高速高精度平面并联机器人系统稳定时间的影响 ,本文设计了一种新颖的模糊自调整PID控制器 :系统的位置偏差较大时 ,采用PI控制器 ,保证系统的平滑、稳定 ;当系统发出停止命令后 ,引入模糊增益参... 针对推力波动、负载变化等非线性因素对高速高精度平面并联机器人系统稳定时间的影响 ,本文设计了一种新颖的模糊自调整PID控制器 :系统的位置偏差较大时 ,采用PI控制器 ,保证系统的平滑、稳定 ;当系统发出停止命令后 ,引入模糊增益参数自调整机构 ,加快静差消除 .模糊增益参数调整机构采用“一维输入 -二维输出”的推理结构 ,消除了参数调整中的“耦合影响” ;为缩短整定时间 ,减少整定参数的数量 ,不同增益 ,误差E的模糊论域划分各不相同 .经实验验证 :引入该模糊自校正PID控制器后 。 展开更多
关键词 高速高精度 平面并联机器人 模糊PID 稳定时间
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ICF靶支撑定位机器人系统研究 被引量：13
15
作者 孙立宁 刘彦武 +3 位作者 曲东升 李长峰 冯斌 王礼权 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1303-1307,共5页
在对惯性约束核聚变(ICF)靶支撑定位功能分析的基础上,设计并制造了一套用于靶精密定位机器人系统,主要包括靶库机构、换靶机构、送靶机构和6自由度精密并联机器人机构,论述了各部分的工作原理和组成。系统在末端采用并联机器人来实现... 在对惯性约束核聚变(ICF)靶支撑定位功能分析的基础上,设计并制造了一套用于靶精密定位机器人系统,主要包括靶库机构、换靶机构、送靶机构和6自由度精密并联机器人机构,论述了各部分的工作原理和组成。系统在末端采用并联机器人来实现对靶的精密定位,测试了靶场环境下系统的运动指标。测试结果显示:系统可在真空条件下实现对靶的精确定位、换靶、送靶工作,靶定位精度达到μm级,定位时间随精度的提高而延长。 展开更多
关键词 ICF 靶 定位 并联 机器人
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2-DOF平面并联机器人结构参数优化的研究 被引量：11
16
作者 孙立宁 楚中毅 +1 位作者 曲东升 崔晶 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期277-280,共4页
提出了一种新颖的高速高精度机器人机构:采用高速精密直线电机驱动-2-DOF平面并联杆机构.在杆机构的设计中,以结构紧凑和抑振为目标,分别采用模拟退火算法和有限元动力仿真进行了几何尺寸和截面尺寸的优化,并提出了一种基于本模型特点... 提出了一种新颖的高速高精度机器人机构:采用高速精密直线电机驱动-2-DOF平面并联杆机构.在杆机构的设计中,以结构紧凑和抑振为目标,分别采用模拟退火算法和有限元动力仿真进行了几何尺寸和截面尺寸的优化,并提出了一种基于本模型特点的新解产生机制.实验测试结果表明:经优化设计后的平面并联杆机构刚度大,高速运动下的残余振动<1 μm,直线电机的稳定时间成为决定机器人稳定时间的关键因素. 展开更多
关键词 平面并联 机器人 模拟退火法 结构优化 稳定时间
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双重驱动2-DOF平面并联机器人系统的研究 被引量：12
17
作者 楚中毅 崔晶 +1 位作者 孙立宁 曲东升 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期456-462,共7页
研制了一种新颖的高速高精度柔性机器人机构。采用高速精密直线电机驱动2-DOF平面并联压电智能杆机构,针对柔性机器人机构的振动问题,以直线伺服电机作为机器人的主驱动源实现高速精密点位控制并采用脉冲整形技术减小末端残余振动,以压... 研制了一种新颖的高速高精度柔性机器人机构。采用高速精密直线电机驱动2-DOF平面并联压电智能杆机构,针对柔性机器人机构的振动问题,以直线伺服电机作为机器人的主驱动源实现高速精密点位控制并采用脉冲整形技术减小末端残余振动,以压电陶瓷作为从驱动源采用闭环反馈控制策略抑制末端残余振动。实验研究和测试结果表明:机器人系统的最大加速度为2 g,稳定时间小于150 ms,重复定位精度小于±5μm,实现了高速高精度的点位控制。 展开更多
关键词 柔性机器人 振动抑制 双重驱动
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六自由度压电驱动并联微动机构设计与分析 被引量：6
18
作者 孙立宁 王振华 +2 位作者 曲东升 王建国 秦昌 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2003年第4期277-279,286,共4页
采用理论分析、有限元分析与仿真方法相结合的方法,设计并分析了一套新型的压电陶瓷驱动的六自由度并联微动机器人机构,充分发挥压电陶瓷和并联机构的优点,实现了并联机器人机构、驱动、检测一体化设计。经过实际检测证明,所采取的方案... 采用理论分析、有限元分析与仿真方法相结合的方法,设计并分析了一套新型的压电陶瓷驱动的六自由度并联微动机器人机构,充分发挥压电陶瓷和并联机构的优点,实现了并联机器人机构、驱动、检测一体化设计。经过实际检测证明,所采取的方案是合理可行的。 展开更多
关键词 压电陶瓷 六自由度 并联微动机构
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基于规则的仿人智能控制在微驱动系统中的应用 被引量：10
19
作者 孙立宁 张涛 +2 位作者 曲东升 李国君 刘美霞 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期101-103,106,共4页
根据三角形放大原理设计出一种以压电陶瓷为驱动元件、应变片为微位移传感元件的精密微位移机构，由于压电陶瓷存在迟滞、蠕变和非线性的不足，并且难于得到其准确的数学模型，采用常现线性PID控制方法很难实现微驱动机构的高速高精度... 根据三角形放大原理设计出一种以压电陶瓷为驱动元件、应变片为微位移传感元件的精密微位移机构，由于压电陶瓷存在迟滞、蠕变和非线性的不足，并且难于得到其准确的数学模型，采用常现线性PID控制方法很难实现微驱动机构的高速高精度控制，针对这一问题，将基于数字PI控制的仿人智能控制方法应用于微驱动系统的控制中，它是在数字PID控制算法的基础上通过仿人智能控制的特征变量en·Δen的取值符号选择相应的控制策略，实验结果表明采用该方法可以大大地提高系统的静态和动态性能． 展开更多
关键词 仿人智能控制 压电陶瓷 微驱动系统 定位精度
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基于压电驱动的纳米级精密定位系统的研究 被引量：9
20
作者 曲东升 孙立宁 +1 位作者 王建国 秦昌 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第6期506-509,共4页
利用压电陶瓷致动器作为驱动元件设计了X-Y两自由度精密定位工作台,并利用有限元分析法对机构进行了优化设计,采用电阻应变片作为微位移检测传感器,在此基础上设计了闭环控制器,该控制器包括压电陶瓷驱动单元、微位移传感器检测单元和... 利用压电陶瓷致动器作为驱动元件设计了X-Y两自由度精密定位工作台,并利用有限元分析法对机构进行了优化设计,采用电阻应变片作为微位移检测传感器,在此基础上设计了闭环控制器,该控制器包括压电陶瓷驱动单元、微位移传感器检测单元和中央处理单元,最后利用PID控制法进行了闭环控制实验研究。实验结果表明,本系统具有较好的控制品质和优异的动态性能,在对10μm×10μm两自由度工作台的控制中,闭环控制精度达10nm,阶跃响应的稳定时间小于8ms。 展开更多
关键词 压电驱动 纳米级 精密定位系统 压电陶瓷致动器 闭环控制 微位移机构
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