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三维纳米级微动工作台的设计与分析 被引量:18
1
作者 马立 荣伟彬 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1017-1024,共8页
研究开发了一种新型精密三维微动工作台。采用呈等边三角形分布的三个压电陶瓷和环形平板铰链机构,保证了运动传递的连续性、无洄滞、无摩擦、高精度。建立了工作台的简化模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿z方向平动刚度、绕x、y... 研究开发了一种新型精密三维微动工作台。采用呈等边三角形分布的三个压电陶瓷和环形平板铰链机构,保证了运动传递的连续性、无洄滞、无摩擦、高精度。建立了工作台的简化模型,并利用结构力学理论推导出工作台沿z方向平动刚度、绕x、y方向转动刚度以及前三阶固有频率解析式。进行了微动工作台沿z方向平动刚度、绕x、y方向转动刚度以及固有频率试验测试,验证了解析方法和有限元方法进行三维工作台刚度及动力特性分析的正确性。有限元分析表明:当工作台的环形平板铰链半径较小而铰链厚度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,其铰链根部应力集中也较严重。通过改变环形平板铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出了一种优选微动工作台环形平板铰链参数的简易方法。 展开更多
关键词 环形平板铰链 纳米定位 有限元分析 刚度 固有频率
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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
2
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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纳米定位测量机操作测量结果(英文) 被引量:14
3
作者 JAGER Gerd GRUNWALD Rainer +2 位作者 MANSKE Eberhard HAUSOTTE Tino FUβL Roland 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 2004年第2期81-84,共4页
伊尔梅瑙工业大学过程测量和传感技术研究所研制了三维纳米定位和测量机 (NPMM ) .阿贝无偏设计使得该机器异常精确 .在整个 2 5mm× 2 5mm× 5mm的定位和测量域内 ,干涉测长系统分辨力可达 0 .1nm ,不确定度达 5~ 10nm .提供... 伊尔梅瑙工业大学过程测量和传感技术研究所研制了三维纳米定位和测量机 (NPMM ) .阿贝无偏设计使得该机器异常精确 .在整个 2 5mm× 2 5mm× 5mm的定位和测量域内 ,干涉测长系统分辨力可达 0 .1nm ,不确定度达 5~ 10nm .提供了纳米定位测量机的基本信息 ,介绍其操作模式 。 展开更多
关键词 纳米定位 纳米测量 激光干涉仪 控制系统 长距扫描探针技术
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压电驱动纳米定位台的线性自抗扰控制 被引量:10
4
作者 魏伟 夏鹏飞 左敏 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1577-1590,共14页
压电驱动的纳米定位系统,磁滞严重降低其定位精度.基于磁滞逆模型的定位控制方法,可提高定位精度.然而,因其对模型依赖大,无法在内、外扰动因素存在时,仍保证良好的定位效果.为此,视磁滞为干扰,设计不基于磁滞及定位系统精确数学模型的... 压电驱动的纳米定位系统,磁滞严重降低其定位精度.基于磁滞逆模型的定位控制方法,可提高定位精度.然而,因其对模型依赖大,无法在内、外扰动因素存在时,仍保证良好的定位效果.为此,视磁滞为干扰,设计不基于磁滞及定位系统精确数学模型的自抗扰控制,利用扩张状态观测器主动估计磁滞,并实时补偿之,以保证定位精度.本文分析了扩张状态观测器的收敛性、闭环系统的稳定性;讨论了自抗扰控制参数与纳米定位系统动态响应间的关系;对比了PI控制和自抗扰控制的动态响应、时间与误差绝对值乘积积分、平均绝对误差和均方根误差,数值和实验结果均表明自抗扰控制优于PI控制,证实了自抗扰控制可主动估计磁滞、内部不确定性和外部扰动,在其降低定位精度之前即被补偿、保证良好的定位控制效果. 展开更多
关键词 压电驱动器 纳米定位 磁滞 自抗扰
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三维微触觉MEMS传感器测试校准的方法与系统 被引量:6
5
作者 赵大博 栗大超 +2 位作者 李源 傅星 胡小唐 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05A期1504-1508,共5页
针对微纳测量领域的需要,设计了一种三维微触觉MEMS传感器.为了标定该传感器的性能参数,提出了以高精度纳米测量机(NMM)为核心的测试校准方法;加工了NMM测头模块;制作了压阻信号调理和采集电路;搭建了测试校准系统.该系统具有移动范围大... 针对微纳测量领域的需要,设计了一种三维微触觉MEMS传感器.为了标定该传感器的性能参数,提出了以高精度纳米测量机(NMM)为核心的测试校准方法;加工了NMM测头模块;制作了压阻信号调理和采集电路;搭建了测试校准系统.该系统具有移动范围大,精度高,更换方便,易于控制和记录数据等特点.利用它对传感器在Z轴方向的输出作校准,结果证实校准曲线线性良好,传感器在三个方向上耦合很小,其Z方向测量分辨力能够达到30nm,迟滞性小于±0.05%. 展开更多
关键词 MEMS 坐标测量机 纳米定位 微触觉传感器 测试 校准
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基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状 被引量:6
6
作者 荣伟彬 曲东升 孙立宁 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期590-594,共5页
微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了... 微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 。 展开更多
关键词 压电陶瓷 微操作手 微操作机器人 纳米定位 微机电系统
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基于软件误差修正的通用直线工作台的纳米级定位控制(英文) 被引量:7
7
作者 范光照 程方 陈叶金 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2006年第1期1-9,共9页
提出了一种用于通用压电陶瓷线性马达(PLCM)驱动平台的纳米级定位数控方案,该平台上配有栅距 20μm的线性光栅.传统的信号细分多数基于硬件电路,无法对纳米级误差进行灵活的调整.本项研究开发了基于 Labview的数字控制系统,该系统具... 提出了一种用于通用压电陶瓷线性马达(PLCM)驱动平台的纳米级定位数控方案,该平台上配有栅距 20μm的线性光栅.传统的信号细分多数基于硬件电路,无法对纳米级误差进行灵活的调整.本项研究开发了基于 Labview的数字控制系统,该系统具有失真波形的调整、1/4栅距脉冲计数、基于Lassajous圆环的波形细分、后传神经网络和PID控制以及平台的位置反馈控制等特征.介绍了定位控制的3个步骤,即用于长行程连续移动控制的 AC模式,用于低速短行程的开关模式控制马达驱动,以及以压电激励方式使马达工作的DC模式,这些步骤能够实现几纳米的精确定位.在每种运动模式下采用了专门的信号处理技术.实验结果表明,此方法可以很容易地应用于线性平台,取得小于31 nm的定位精度,9 mm行程的标准误差小于30 nm.相比于原来移动台±1μm的重复性和±1 μm/25 mm的精度,该数字控制系统能够将定位精度提高一个数量级. 展开更多
关键词 纳米定位 数字控制 波形校正 细分 后传神经网络 PID控制
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纳米计量学的基础技术组件 被引量:6
8
作者 叶贤基 《云南天文台台刊》 CSCD 北大核心 2002年第3期101-106,共6页
为了满足ASTROD激光宇航动力学任务慨念计划的高精度要求 ,以及实现新质量标准 ,我们开始进行次纳米激光测长与纳米定位控制的研究。本文将回顾我们在清华大学与工研院测量中心的研究成果 ,介绍如何利用外差式激光干涉仪、挠性微动台与... 为了满足ASTROD激光宇航动力学任务慨念计划的高精度要求 ,以及实现新质量标准 ,我们开始进行次纳米激光测长与纳米定位控制的研究。本文将回顾我们在清华大学与工研院测量中心的研究成果 ,介绍如何利用外差式激光干涉仪、挠性微动台与压电陶瓷 ,进行次纳米激光测长与纳米定位控制。此研究成果将做为ASTROD计划中 ,无拖曳航天技术的研发基础。之后讨论如何将纳米定位控制系统与扫描穿隧显微镜进行整合 ,完成计量型扫描穿隧显微镜 ,进一步将微结构的测量尺寸直接追溯至长度标准。 展开更多
关键词 激光宇航动力学 纳米计量学 次纳米级激光测长 纳米定位 挠性移动台 扫描穿隧显微镜
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基于相控外差干涉技术的纳米定位方法的研究 被引量:7
9
作者 许素安 李东升 +1 位作者 Chassagne Luc Topcu Suat 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1655-1659,共5页
针对工业领域和计量界对定位精度要求的提高,提出了一种基于迈克尔逊干涉仪反向特性的定位控制方法。该方法采用相位锁定控制和外差干涉技术来完成位置测量和控制。在严格控制实验环境条件下,得到了步距值为5 nm的双向步进位移。步距值... 针对工业领域和计量界对定位精度要求的提高,提出了一种基于迈克尔逊干涉仪反向特性的定位控制方法。该方法采用相位锁定控制和外差干涉技术来完成位置测量和控制。在严格控制实验环境条件下,得到了步距值为5 nm的双向步进位移。步距值的不确定度为8×10-9 nm,位移重复性误差小于1 nm。该定位方法的测量尺寸可直接溯源至长度标准,并且采用光电步进相移法可克服压电陶瓷的非线性和蠕变的机械缺陷。该方法在系统环境控制条件下适用于毫米行程位移,可应用于纳米计量和超精密加工等领域。 展开更多
关键词 纳米定位 相位控制 外差干涉仪
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纳米X-Y工作台固有频率特性的研究 被引量:4
10
作者 吴一辉 杨洪波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1995年第6期50-54,共5页
从理论和实验西方面对纳米x—y工作台的固有频率特性进行了分析计算和讨论。
关键词 纳米定位 工作台 固有频率特性 微动台
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新型智能电化学微加工系统的研究 被引量:4
11
作者 刘品宽 孙立宁 +2 位作者 荣伟彬 蒋利民 田昭武 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2002年第6期83-87,共5页
约束刻蚀剂层技术是三维超微图形复制加工的新型技术。本文根据约束刻蚀剂层技术的工艺特点 ,介绍了约束刻蚀剂层电化学微加工仪器的组成 ,讨论了具有微力传感的纳米级微定位系统的研究与开发。利用研制的加工仪器 ,在半导体GaAs进行刻... 约束刻蚀剂层技术是三维超微图形复制加工的新型技术。本文根据约束刻蚀剂层技术的工艺特点 ,介绍了约束刻蚀剂层电化学微加工仪器的组成 ,讨论了具有微力传感的纳米级微定位系统的研究与开发。利用研制的加工仪器 ,在半导体GaAs进行刻蚀加工 ,复制出微孔阵列 ,其排列周期与模板的微锥阵列的排列周期吻合得很好 。 展开更多
关键词 智能电化学微加工系统 约束刻蚀剂层技术 压电陶瓷驱动器 半导体 三维超微图形复制加工技术
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多坐标激光干涉仪用于纳米定位系统中的研究 被引量:3
12
作者 刘红忠 赵万华 +1 位作者 李涤尘 卢秉恒 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期592-595,共4页
提出了应用激光干涉量度 ( L M)系列多坐标激光干涉仪在纳米定位系统中进行同步定位检测 ,具有尺寸小、重量轻、光源与测量头分离的特点 ,完全消除了由于光源的震动、发热等因素对纳米定位系统的影响 ;它的测量分辨率高、测量范围大及... 提出了应用激光干涉量度 ( L M)系列多坐标激光干涉仪在纳米定位系统中进行同步定位检测 ,具有尺寸小、重量轻、光源与测量头分离的特点 ,完全消除了由于光源的震动、发热等因素对纳米定位系统的影响 ;它的测量分辨率高、测量范围大及本身带有智能分析环节 ,在IC( Integrated circuit)制造装备及微机械、生物芯片制造装备等方面的应用中 ,满足大空间范围和超高精度定位的要求 ,并且可以通过分布式 CPU控制方式实现多坐标高速、同步实时定位 . 展开更多
关键词 测量精度 多坐标测量 精密测试技术 纳米定位系统 多坐标激光干涉仪
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Attitude stability control system of mobile robot mechanism based on nanosensor
13
作者 Dongfang Song Hong Ji Guanfei Yin 《Journal of Control and Decision》 EI 2023年第1期13-18,共6页
Aiming at the poor stability of attitude control of mobile robot mechanism, a kind of attitude stabilitycontrol system of mobile robot mechanism based on nanodisplacement sensor is designed.In the hardware part, a hyd... Aiming at the poor stability of attitude control of mobile robot mechanism, a kind of attitude stabilitycontrol system of mobile robot mechanism based on nanodisplacement sensor is designed.In the hardware part, a hydraulic drive is used to control the action posture of the mobile robot,a nanodisplacement sensor is used to collect the walking data of the robot, and serial communicationof the upper computer is used to convert the data into electrical signals to realise therobot posture control. In the software part, the mathematical coordinate system of robot walkingis constructed, and the rotating posture of the robot is controlled by the Euler angle. Theexperimental results show that the control performance of the designed system is stable andthe control precision is high, which can realise the attitude stabilisation control of the mobilerobot. 展开更多
关键词 NANOSENSOR mobile robot attitude control nanopositioning system
原文传递
Electronically enhancing the long-range nanopositioning accuracy of a Lorentz force actuator
14
作者 Bimal Jeet GOTEEA Qianjun ZHANG Wei DONG 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第7期1080-1092,共13页
This paper presents a precision centimeter-range positioner based on a Lorentz force actuator using flexure guides.An additional digital-to-analog converter and an operational amplifier(op amp)circuit together with a ... This paper presents a precision centimeter-range positioner based on a Lorentz force actuator using flexure guides.An additional digital-to-analog converter and an operational amplifier(op amp)circuit together with a suitable controller are used to enhance the positioning accuracy to the nanometer level.First,a suitable coil is designed for the actuator based on the stiffness of the flexure guide model.The flexure mechanism and actuator performance are then verified with finite element analysis.Based on these,a means to enhance the positioning performance electronically is presented together with the control scheme.Finally,a prototype is fabricated,and the performance is evaluated.This positioner features a range of 10 mm with a resolution of 10 nm.The proposed scheme can be extended to other systems. 展开更多
关键词 nanopositioning Flexure guides Long range Voice coil motor Lorentz force actuator
原文传递
压电陶瓷微位移器特性测试实验研究 被引量:4
15
作者 李明 薛晨阳 翟成瑞 《纳米科技》 2009年第3期61-64,共4页
运用光学干涉原理,结合微系统测试分析仪器,分别对压电陶瓷管和压电陶瓷位移器的非线性特性进行测试研究,主要对升压及降压时PZT位移进行测试和电源驱动器闭环状态下的性能测试。
关键词 压电陶瓷 微位移 压电陶瓷微位移器 闭环 干涉
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圆筒型永磁同步直线电机偏心驱动模式下的纳米定位控制 被引量:2
16
作者 徐从裕 余晓芬 程伶俐 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期7-11,共5页
分析圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)定位波动产生原因,提出由TPMSLM定子和动子偏心安装产生电磁阻尼,与导轨密封垫阻尼结合来吸收和抑制电磁扰动引起的推力波动,以达到精确定位的目的。采用偏心结构在电机内构建一个作用类似于旋转电... 分析圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)定位波动产生原因,提出由TPMSLM定子和动子偏心安装产生电磁阻尼,与导轨密封垫阻尼结合来吸收和抑制电磁扰动引起的推力波动,以达到精确定位的目的。采用偏心结构在电机内构建一个作用类似于旋转电机滚珠丝杆传动机构的"中间环节",分析表明TPMSLM定子和动子偏心量与电磁扰动抑制能力成正比关系,当TPMSLM定子和动子偏心后的低端缝隙δ≤0.2mm时,其电磁扰动抑制能力提高了近10倍。此外实验也显示了导轨密封垫阻尼能吸收50%左右的电磁扰动量,实验证实了本文分析的正确性。 展开更多
关键词 圆筒型永磁同步直线电机 偏心驱动 阻尼 纳米定位
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Design and Experiment of Vertical Motion Dual-stage with Piezo-actuated Nanopositioning Stage
17
作者 任佳琦 朱晓博 +1 位作者 陈国真 刘品宽 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2015年第2期199-203,共5页
Nanopositioning stage based on piezoelectric(PZT)actuators and flexure mechanisms has been widely used in dual-stage.Its favorable positioning accuracy and dynamic response can guarantee the high performance of the du... Nanopositioning stage based on piezoelectric(PZT)actuators and flexure mechanisms has been widely used in dual-stage.Its favorable positioning accuracy and dynamic response can guarantee the high performance of the dual-stage.Here the vertical axis motion dual-stage is designed with piezoelectric actuator for the fine-stage and ball-screw drive integrated with wedge sliding mechanisms for the coarse-stage.The aim of the dual-stage is to meet the stringent requirement of scanning over a relative large range with high accuracy.The design results of the piezo-actuated nanopositioning stage show good static and dynamic performance,validated by the simulation of finite element analysis(FEA).Hysteresis nonlinearity due to the use of piezoelectric stacks for actuation is studied and compensated by aproportional-integral(PI)feedback controller.To qualify the design of the motion ranges and resolutions,an experiment platform is established.The experimental results show that the proposed dual-stage has a full range of 12 mm with the resolution of 40 nm.Guideline is provided for the design methodology of the vertical motion dual-range stages. 展开更多
关键词 dual-stage nanopositioning piezoelectric actuator HYSTERESIS
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偏振激光干涉仪的纳米定位系统 被引量:1
18
作者 许素安 Luc Chassagne +2 位作者 Suat Topcu Yasser Alayli 李东升 《中国计量学院学报》 2009年第2期118-121,共4页
详细阐述了用于纳米定位的偏振激光干涉仪的原理,并介绍了基于该偏振仪的纳米定位控制方法.该方法已由实验论证,实验位移系统的最小步长实测值为5 nm.并对系统的最小位移步长、重复性和分辨率做了详细的分析,在系统环境控制条件下适用... 详细阐述了用于纳米定位的偏振激光干涉仪的原理,并介绍了基于该偏振仪的纳米定位控制方法.该方法已由实验论证,实验位移系统的最小步长实测值为5 nm.并对系统的最小位移步长、重复性和分辨率做了详细的分析,在系统环境控制条件下适用于毫米行程位移,可应用于纳米计量和纳米加工. 展开更多
关键词 偏振干涉仪 锁相回路 纳米定位
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A Large Range Flexure-Based Servo System Supporting Precision Additive Manufacturing 被引量:1
19
作者 Zhen Zhang Peng Yan Guangbo Hao 《Engineering》 SCIE EI 2017年第5期708-715,共8页
This paper presents the design, development, and control of a large range beam flexure-based nano servo system for the micro-stereolithography (MSL) process. As a key enabler of high accuracy in this process, a comp... This paper presents the design, development, and control of a large range beam flexure-based nano servo system for the micro-stereolithography (MSL) process. As a key enabler of high accuracy in this process, a compact desktop-size beam flexure-based nanopositioner was designed with millimeter range and nanometric motion quality. This beam flexure-based motion system is highly suitable for harsh operation conditions, as no assembly or maintenance is required during the operation. From a mechanism design viewpoint, a mirror-symmetric arrangement and appropriate redundant constraints are crucial to reduce undesired parasitic motion. Detailed finite element analysis (FEA) was conducted and showed satisfactory mechanical features. With the identified dynamic models of the nanopositioner, real-time control strategies were designed and implemented into the monolithically fabricated prototype system, demonstrating the enhanced tracking capability of the MSL process. The servo system has both a millimeter operating range and a root mean square (RMS) tracking error of about 80 nm for a circular traiectorv. 展开更多
关键词 Precision additive manufacturing Micro-stereolithography nanopositioning Beam flexure
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圆筒型永磁同步直线电机大行程无过冲纳米定位驱动
20
作者 徐从裕 余晓芬 程伶俐 《应用科学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期90-94,共5页
为减少圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)在直接驱动方式下的电磁扰动对纳米定位的影响,研究了TPMSLM定子与动子偏心安装的驱动模式,用于改变TPMSLM内部空间磁场分布,使包含电磁扰动的轴向电磁推力得到有效衰减,同时产生包含电磁扰动的径... 为减少圆筒型永磁同步直线电机(TPMSLM)在直接驱动方式下的电磁扰动对纳米定位的影响,研究了TPMSLM定子与动子偏心安装的驱动模式,用于改变TPMSLM内部空间磁场分布,使包含电磁扰动的轴向电磁推力得到有效衰减,同时产生包含电磁扰动的径向电磁力,当两者与导轨摩擦阻尼共同作用时,可实现对电磁扰动的有效吸收.针对TPMSLM定位过冲,研究了变系数PI控制算法,用于实时改变系统的动静态驱动特性,达到对大行程驱动和纳米定位驱动的最佳控制.实验表明,TPMSLM偏心驱动模式及变系数PI控制算法能较好地满足大行程无过冲定位驱动和稳态定位波动小于10 nm的要求. 展开更多
关键词 圆筒型永磁同步直线电机 变系数PI控制算法 无过冲驱动 纳米定位
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