文档介绍：山东大学
硕士学位论文
微定位系统中压电驱动器建模与控制器设计
姓名:肖祥丽
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:张承进
20090428
摘要山东大学硕士学位论文微镜多采用压电陶瓷驱动器作为三自由度微定位器。但是压电陶瓷材料固有的迟滞非线性特性及谐振特性等,致使微定位系统的带宽较窄,成像速率不高,无法获得生物样本或者化学反应过程的全部瞬态信息。因此,本文从系统和控制的角度在不降低原子力显微镜成像精度的前提下提高原子力显微镜的成像速本文以山东省科技攻关项目“微系统可靠智能原子成像及操控关键技术治隽搜沟缣沾汕鞯纳焖趸恚樯芰硕颜皇窖沟缣沾汕鞯墓造以及柔性铰链的特性,并详细介绍了压电陶瓷堆栈式驱动器作为微定位驱动器影响纳米级精确定位的因素,如迟滞特性、蠕变特性、谐振特滞模型的前馈控制器来补偿迟滞特性,并根据三角波的特点,采用其傅立叶级数形式来取代三角波,避免三角波的高频分量引发嵯虻男振;攵栽恿ο晕⒕笛沟缣沾啥颜皇角鱶轴向伸缩反映样品表面形貌的特点,建立了嵯虻南咝孕痴衲P停⒒诟媚P蜕杓屏舜砅控制器、参数自调节刂破骱突中痴窨刂破鳎詈笸ü笛榻峁比较了三种控制效果;樯芰吮臼笛槭易榻ǖ娜杂啥任⒍ㄎ黄教ǎ愿闷教ǜ鞲鲎槌刹糠值功能和性能做简要介绍;分析了各个组成部分对系统定位精度的影响,并针对嵯虻那袄】刂破骱蚙轴向的积分谐振控制器进行实验验证,最后,对本文所做的工作,以及所获得的成果及经验进行了简单总结,分析本文的不足之处以及有待进一步解决的问题。原子力显微镜是微显微成像和微纳米操控的主要设备,目前商用原子力显率。为背景,主要工作如下:性等;攵栽恿ο晕⒕抵醒沟缣沾啥颜皇角鱔轴向,设计了基于迟并取得了较好的效果;
山东大学硕士学位论文关键词:微定位系统;迟滞特性;谐振特性;建模;控制
山东大学硕士学位论文琣琺,瑃猻保甌甋瓸...:‘‘,瑆猘.,,琤,;
山东大学硕士学位论文,猘篗猵猵,;;籑籆.;
原创性声明关于学位论文使用授权的声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:期:本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑导师签名:日
当奎奎主堡主兰笙笙兰第一章绪论研究霄量二十世纪年代,扫描隧道显微镜驮恿ο晕⒕的发明,揭开了人类探究纳米世界的序幕。,成为人类认识世界和改造世界的有力工具。纳米科技是探究微纳观世界的一种科学与技术,它研究尺度在捌以下的微纳观世界,并且涉及到生物、医学、化学、材料等多种学科领域。其中,对微纳观世界的精确显微成像和徽操控是当前研究的热点之一对微纳观世界的显微成像和微操控主要是通过扫描探针显微镜实现的,其中原子力显微镜啪叽硇浴系统的控制原理可由图幢硎劲蟆T谘繁砻嫘蚊驳娜晕⒊上窆讨校恿ο晕⒕滴⑿哿上的针尖以光栅扫描的方式扫描整个样品表面。样品表面形貌的变化会引起其与针尖之间相互作用力的变化,并导致微悬臂梁的弯曲。此时,低持械压电驱动微定位器虺蒲沟缜通过保持微悬臂梁弯曲量的恒定来控制针尖和样品表面之间距离的恒定懔δJ。并通过收集扫描过程中的信号,最终得到样品表面的三维形貌图。同时,可在所得到的三维显微图像的基础上进行微操控。由此可见,用来控制爰馑椒较轴韬痛怪方向轴向贫娜杂啥任⒍ㄎ幌低常谙晕⒊上窈臀⒉倏刂衅鹱啪僮轻重的作用,其定位的准确与否决定着扫描成像和微操控的准确性。图恿ο曰站倒ぷ髟硗
研究现状山东大学硕士学位论文压电陶瓷材料制作的驱动器具有精度高、高频率响应、体积小出力大等特点,是一种理想的微动系统驱动元件,被广泛应用于微定位系统中。理想条件下,压电陶瓷产生的微位移与外加电压曲线是线性关系,但是这类材料本身所固有的特性,如迟滞、蠕变以及高频扫描时才明显体现的谐振特性【浚岣呔ǘ鹊奈灰瓶刂拼床焕挠跋臁T谝话愕目;废低持校僦臀差可达最大扫描范围的%.%浔湮蟛羁纱%一%獠唤鍪沟醚品。因此,迟滞、蠕变和谐振等特性成为提高微定位系统定位精确的主要瓶颈。为了提高压电陶瓷驱动器的跟踪控制精度和扫描速率,改善或消除压电陶瓷驱动器迟滞、蠕变等非线性特性,建立压电陶瓷驱动器的数学模型并将其用建模,可能导致输入信号幅值相关的相移和谐波失真,从而削弱反馈的作用,甚至造成系统不