摘要

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“ 6”计划和黑龙江省杰出青年基金项目对纳米级精 83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特性分析及建模、驱动电源、电容式微位移检测系统、精密定位控制方法等方面。在微位移致动器技术方面：压电陶瓷具有体积小、重量轻、分辨率高、 响应速度快等其它微位移致动元件不具备的优点，是目前较理想的微位移致动器。但它也存在着迟滞、蠕变和非线性等缺点。针对上述问题，本文对压电陶瓷致动器件的极化原理、迟滞和蠕变特性、位移和力输出等特性进行了分析，并基于 Pad -hnk线性启动算子和线性停止算子，得出了能够 r tI lsi n ls i i完整描述压电陶瓷动态特性的迟滞蠕变模型，利用该模型可以较精确的进行压电陶瓷致动器的自适应建模.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，在压电陶瓷致动器电模型建模和功率分析的基础上， 对直流放大式高压放大器进行了建模和研究，提出了采用前馈补偿技术的新型高压放大器设计方法。在此基础上设计了具有数字 E P接口、可通过计 P

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、高精度、高动态频响等特点。在电容式微位移检测系统方面：平行板电容式微位移传感器具有输入能 量极低、动态响应快、介质损耗小等特点，是目前较理想的微位移检测传感器。在对平行板电容传感器测量原理和误差来源进行分析的基础上，基于 A C桥路法提出了一种运算放大电容检测方法，从原理上解决了单个平行板电容式传感器输出的非线性问题。同时设计了高精度正弦波激励源及后级信号调理电路。实验结果表明，该检测方法具有独立于寄生电容的传递函数及很强的抗杂散电容干扰能力，达到了纳米级的检测分辨率和稳定性。 在控制方法方面：针对压电陶瓷致动器动态响应和定位精度之间的矛

盾，提出了基于自适应逆模型的闭环 ( I )精密定位控制方法。该方法 AMC结合了自适应逆控制方法和 PD闭环控制方法，利用自 I适应逆控制方法改善系统的动态特性；利用 PD控制方法提高系统的定位精度。实验

结果表 I