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基于并联机构的空间3-RPC型柔顺微动精密定位平台的研究

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基于并联机构的空间3-RPC型柔顺微动精密定位平台的研究

作者：崔祥府江西理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技发展微定位技术受到越来越多关注并在精密机械制造、加工、装配、微机电系统(MEMS)、精密光学、生物医学工程等领域中广泛应用。这些领域对精密定位系统的要求也越来越高：不仅要求系统具有良好运动特性、高精度的定位... 详细信息

近年来,随着科技发展微定位技术受到越来越多关注并在精密机械制造、加工、装配、微机电系统(MEMS)、精密光学、生物医学工程等领域中广泛应用。这些领域对精密定位系统的要求也越来越高：不仅要求系统具有良好运动特性、高精度的定位精度还要系统具有快速的响应时间,因此,研究一种柔顺并联机构应用于精密定位平台系统有着广阔的应用前景和发展潜力。本文主要对精密定位平台传动机构及控制系统研究,设计以压电陶瓷驱动,3-RPC型柔顺并联机构作为精密定位平台的传动机构,采用常规PID控制方法结合微位移检测装置构成精密定位平台系统。基于并联机构螺旋理论基础对3-RPC型并联机构构型及运动特性进行分析,结合柔性铰链特性研究设计了3-RPC型柔顺并联机构,对柔顺支链采用整体式设计与传统支链结构相比消除了传动中的装配误差、间隙、及机械摩擦,提高了机构定位精度。运用虚功原理建立了柔顺并联机构静刚度模型;利用Solidworks软件建立了柔顺并联机构模型,利用ANSYS软件对机构进行静力学仿真得出机构仿真输出位移,为实验设计提供对比依据;由机构静刚度模型结合仿真分析得出机构静刚度矩阵。精密定位平台控制系统采用常规PID控制。在对硬件系统设计的基础上分析研究了压电陶瓷驱动器的工作原理及其迟滞、蠕变、非线性等特性;建立了精密定位平台控制系统模型设计了平台PID控制器并进行了仿真。搭建了精密定位平台实验系统进行实验验证,对压电陶瓷定位精度及平台定位精度进行了测试,分析了定位系统误差来源及产生原因。测量结果验证了精密定位系统设计分析的合理性。

关键词：精密定位柔顺并联机构运动控制有限元分析

基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统

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基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统

作者：刘佳琪北京理工大学

学位级别：硕士

随着当今科学技术发展进程,在微观领域中关于光电子、微机电、生物工程、纳米材料等的研究越来越深入,对定位精度的要求现已进入微纳米时代。精密定位技术广泛应用于精密仪器、机械和机床、IC工艺制造、计算机外围设备等,它的特点是精... 详细信息

随着当今科学技术发展进程,在微观领域中关于光电子、微机电、生物工程、纳米材料等的研究越来越深入,对定位精度的要求现已进入微纳米时代。精密定位技术广泛应用于精密仪器、机械和机床、IC工艺制造、计算机外围设备等,它的特点是精度和分辨率较高,尺寸从小到大,品种繁多。精密定位系统大多有自动化操作的要求,需要集成许多高性能高品质机械零部件、高分辨力检测元器件,因此制作难度大,投资大。超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统的研究将促进多门学科的进一步发展,具有重大的科学意义和广泛的实用价值。论文来源于国家高技术研究发展计划(863计划)课题“微细结构跨尺度高分辨层析成像与检测系统”,研究了基于超声电机驱动的气浮直线导轨精密定位系统。根据精密定位系统的特点和要求,设计了定位方案及总体结构。为了实现宽范围、高精度的定位,本文结合超声电机、可回收废气的空气静压直线导轨、双光栅装置以及伺服控制单元,研制了一套定位精度高,重复性好的精密定位系统。该系统可以实现高精度定位的功能,同时实时反馈气浮直线导轨的位置信息。采用超声电机作为系统驱动,超声电机无电磁干扰,可实现无行程限制驱动,它具有高频响、无低速爬行的特点,提高了气浮直线导轨运动的稳定性,从而提高了定位系统的精度。采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对精密定位系统的影响。使用双光栅作为位置反馈装置,低精度光栅为运动控制提供位置反馈,高精度光栅用于测量,这样既提高了运动控制的速度,又提高了测量的精度,从而更好地满足系统的要求。在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节超声电机的PID参数使系统拥有快速平稳的响应特性。同时设计基于VC++6.0平台的控制软件实现系统的精密定位及对超声电机主要参数的调整。

关键词：精密定位直线导轨光栅超声电机

平面3-RRR并联机构控制与宏微精密定位系统耦合特性研究

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平面3-RRR并联机构控制与宏微精密定位系统耦合特性研究

作者：余竞华南理工大学

学位级别：硕士

能够实现大行程纳米级定位的宏微复合精密定位系统在微型机电系统的制造与检测、大规模集成电路生产、生物医学工程、精密光学工程和超精密机械加工等许多领域具有广泛应用前景,成为各国研究热点。本课题在此背景下围绕一种三自由度平面... 详细信息

能够实现大行程纳米级定位的宏微复合精密定位系统在微型机电系统的制造与检测、大规模集成电路生产、生物医学工程、精密光学工程和超精密机械加工等许多领域具有广泛应用前景,成为各国研究热点。本课题在此背景下围绕一种三自由度平面3-RRR宏微结合精密定位平台进行宏动3-RRR精密定位平台的控制方法研究以及宏微结合情形下的宏微耦合特性实验研究。首先,提出一种基于3-RRR并联机构的宏微精密定位系统,根据微动机构搭载于宏动机构之上会对宏动机构产生负载效应,建立了宏微精密定位系统理论动力学模型,讨论搭载不同质量微动机构对宏微系统的影响以及宏微系统末端在不同的速度下运行对驱动关节的影响。其次,提出了宏动3-RRR并联机构的智能控制算法。为保证宏动3-RRR并联机构在不同干扰因素下的定位精度,根据宏动3-RRR并联机构的运动控制属于基于运动学逆解的控制特征,并且随着使用过程中时变的运动副间隙变化、负载变化等因素会改变其绝对定位精度的特点,设计两种基于神经网络调节PI控制参数的控制算法。最后,对宏微复合精密定位系统进行了实验研究。通过搭建两种末端测量系统实现对宏动并联机构的末端全闭环,同时在软件设计上采用C#语言进行了测量模块的集成,实现了系统高效运作,最后利用激光干涉仪评价了两套测量系统的测量精度;在机构控制部分,对3-RRR宏动并联机构部分进行了基于两种神经网络整定PI控制参数的全闭环精密定位实验,验证了智能控制算法理论的有效性;最后对宏微复合精密定位系统的宏微耦合特性进行了实验研究,描述并分析了宏微耦合部分的实验现象。

关键词：宏微结合平面3RRR机构精密定位全闭环控制宏微耦合

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机载GPS实时精密定位技术研究

机载GPS实时精密定位技术研究

作者：叶晓清西北工业大学

学位级别：硕士

近年来，随着GPS的发展和完善，利用GPS载波相位观测量进行移动用户的实时定位技术研究，开始受到人们的关注。本文着重研究机载GPS精密定位系统的关键技术——确定载波相位整周模糊度的方法。论文介绍了GPS载波相位测量技术的原理和应... 详细信息

近年来，随着GPS的发展和完善，利用GPS载波相位观测量进行移动用户的实时定位技术研究，开始受到人们的关注。本文着重研究机载GPS精密定位系统的关键技术——确定载波相位整周模糊度的方法。论文介绍了GPS载波相位测量技术的原理和应用，分析了GPS观测量的误差，研究了减小和消除各种误差的方法，重点是减小多径效应的影响。论文分析比较了确定载波相位整周模糊度的各种方法，着重研究了确定整周模糊度的协方差法，提出了机载GPS实时精密定位系统方案，构建了车载试验系统，试验结果表明，系统方案合理可行。

关键词： GPS 精密定位多径效应整周模糊度

精密定位对GPS卫星轨道的精度要求及局部地区GPS卫星定轨

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天文学报 1987年第3期 226-236页

作者：许其凤郑州测绘学院

本文导出了应用GPS进行干涉测量时基线测量精度与轨道误差的解析公式,它比目前普遍使用的经验公式更准确.本文用此公式推出了在我国地域进行精密定位所需的轨道精度.文中还讨论了GPS卫星轨道特点对局部地区定轨所提供的有利条件,最后以... 详细信息

本文导出了应用GPS进行干涉测量时基线测量精度与轨道误差的解析公式,它比目前普遍使用的经验公式更准确.本文用此公式推出了在我国地域进行精密定位所需的轨道精度.文中还讨论了GPS卫星轨道特点对局部地区定轨所提供的有利条件,最后以模拟计算给出了在我国进行GPS卫星定轨所能达到的精度.

关键词：卫星轨道 GPS 卫星定轨精度要求基线测量跟踪站轨道测定精密定位

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超精密定位及控制技术的研究

超精密定位及控制技术的研究

作者：廉美琳南京师范大学

学位级别：硕士

精密定位是纳米技术、超精密加工、半导体器件制造业、微型制造的关键性技术,是整合了光、机、电及智能控制一体的复合循环控制系统,具有广泛的应用前景。本文利用激光束经透射式双光栅衍射产生的衍射光进行位移检测,并进而由计算机控制... 详细信息

精密定位是纳米技术、超精密加工、半导体器件制造业、微型制造的关键性技术,是整合了光、机、电及智能控制一体的复合循环控制系统,具有广泛的应用前景。本文利用激光束经透射式双光栅衍射产生的衍射光进行位移检测,并进而由计算机控制,实现自动定位,具体主要包括以下三个方面：1.在物理光学的基础上,分析了光栅位移检测的原理,建立了激光束经透射式双光栅产生的莫尔光强信号与位移之间的数学模型,并应用MATLAB对其进行仿真。仿真实验表明,莫尔光强信号随两片光栅位移呈周期变化,变化周期为一个光栅常数,当光栅间距为P2/λ的n倍时,莫尔信号的幅值变化最大。本文还对光栅间距,莫尔信号的特性进行计算机仿真分析,研究表明莫尔信号特性与理论分析相一致,光栅位移检测可以应用在超精密定位系统中。2.建立了复合式双驱动定位系统,为实现大行程高精度定位奠定了基础。本文的复合式双驱动定位系统是由宏定位与微定位相结合的,宏定位由步进电机带动滚珠丝杠实现,宏定位根据光栅检测获得的位移信号,发出相应的脉冲指令,驱动定位台完成宏定位。宏定位结束后,计算机根据位移检测信号的大小,发出相应的驱动电压,驱动压电陶瓷制动器产生相应的形变,带动柔性铰链完成微小位移的定位,系统最终实现了±20nm超精密定位精度。3.由于压电陶瓷作为系统微定位的重要部分,本文对压电陶瓷的输入输出特性进行了研究,通过多次试验测量,发现压电陶瓷的输出存在不可避免的非线性、蠕变性。为此本文建立了压电陶瓷的神经网络模型,神经网络模型能够很好地模拟压电陶瓷的输入输出,并设计了自适应神经网络控制器,将神经网络模型应用于自适应控制器中。实验结果表明,设计的控制器减小了压电陶瓷及定位系统本身存在的非线性,控制响应快,稳定性高,可有效提高定位精度和定位速度。

关键词：精密定位光栅位移检测复合双驱动压电陶瓷神经网络

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天王星主要卫星的精密定位研究

天王星主要卫星的精密定位研究

作者：訾丽萍中国科学院研究生院（国家授时中心）

学位级别：硕士

目前国际上太空探测呈现快速发展之势，人们对包括太阳系小天体在内的外空间环境给予了越来越多的关注。同时随着大行星卫星运动理论研究工作的深入开展，对自然卫星的动力学模型精度和位置观测的精度也提出了更高的要求。本硕士... 详细信息

目前国际上太空探测呈现快速发展之势，人们对包括太阳系小天体在内的外空间环境给予了越来越多的关注。同时随着大行星卫星运动理论研究工作的深入开展，对自然卫星的动力学模型精度和位置观测的精度也提出了更高的要求。本硕士学位论文是在对国内外大行星卫星(特别是天王星五颗主要卫星)的运动理论研究和精密定位工作的调查研究基础上，对目前天王星卫星运动理论与CCD精密定位研究工作中存在的主要问题和需求(尤其是近主星的暗弱卫星的定位工作)进行了分析，并主要从以下两个方面进行了改进。 1．为了进一步满足CCD高精度定位观测过程中最佳观测时段选择、观测时刻确定、图象处理中的目标证认以及观测资料分析的需求，采用天王星五颗主要卫星摄动理论模型(Laskar的GUST86)为核心，建立了一套包括卫星位置和运动过程可视化和残差计算等多种功能的计算软件包。 2．为了解决CCD观测过程中个别卫星由于距离主星较近，主星露光时间过长以及自身星等较暗等原因所引起的背景梯度和噪声，使得其图像被主星光晕淹没的问题，提出了一种新的图像处理方法，即二维墨西哥帽小波变换方法。最后，为了验证上面提出的改进方法的有效性，我们利用这些新方法和GUST86理论模型对1995-1997这三年的观测资料进行了O-C计算。结果显示经本文所提的方法处理后，位置资料的精度有了明显的提高。证明了本工作所给方法和计算程序设计是正确的、可靠的，满足了目前天王星卫星精密定位工作的需求，达到了预期的目的。

关键词：天王星卫星 CCD 精密定位可视化数字图像处理小波变换

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基于QD的激光光斑精密定位的研究

基于QD的激光光斑精密定位的研究

作者：陈宏达长春理工大学

学位级别：硕士

激光定位技术广泛应用在激光制导、工业精密检测以及自由光通信等领域。本文以激光制导作为应用背景设计一套基于四象限探测器QD的精密激光定位系统。文中对常见的三种光电探测器的原理和优缺点进行对比分析,最后结合本文应用选择四象... 详细信息

激光定位技术广泛应用在激光制导、工业精密检测以及自由光通信等领域。本文以激光制导作为应用背景设计一套基于四象限探测器QD的精密激光定位系统。文中对常见的三种光电探测器的原理和优缺点进行对比分析,最后结合本文应用选择四象限探测器QD作为激光定位系统的核心器件。QD输出四路光斑位置信息电流,需要进行放大采集以便于定位计算,设计了放大滤波电路和基于高速AD9226采集转换电路。通过主控核心FPGA驱动AD并控制SDRAM及USB3.0 FX3实现对数据的采集转换和缓冲存储传输。数据缓存部分使用双片SDRAM构成乒乓操作实现数据实时缓存读写,用FIFO解决异步数据传输的问题。本系统设计以激光制导为背景,实际应用中会受到干扰,硬件部分加入了伪随机码和波门锁定从而减少干扰保证精度。通过NIOS II软核对采集数据进行定位算法处理,最后将解算位置信息通过USB3.0传输到上位机进行显示和存储,便于Matlab对数据进行处理。介绍了几种常用光斑定位算法,结合几何近似法和多项式拟合法提出改进的光斑定位拟和算法并对其进行了仿真验证,搭建整个实验系统通过实验对比几何近似法与拟合算法的误差,证明拟合算法的优越性,减少了运算量与参数的同时提升了精度。通过实验对四路放大电路进行了测试,放大倍数满足要求。在实验其他条件完全相同时,对比不同光斑半径下几何近似法和拟合算法的误差和均方根误差,都是拟合算法优于几何近似法,使用光斑定位拟合算法在（-0.8mm.8mm）检测范围内的定位分辨率优于3.5μm。整套系统可实际应用在实时检测和精密定位的相关领域。

关键词： QD 精密定位信号采集放大光斑定位算法

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平面三自由度柔顺精密定位平台的优化设计

平面三自由度柔顺精密定位平台的优化设计

作者：王华汕头大学

学位级别：硕士

随着半导体集成技术,微电子技术等的不断发展,对精密定位技术的要求越来越高。本文对精密定位技术进行了深入研究,设计了一种低输入耦合、大行程的精密定位平台, 具有一定的学术价值和实际意义。本课题得到国家自然科学基金(50375051)... 详细信息

随着半导体集成技术,微电子技术等的不断发展,对精密定位技术的要求越来越高。本文对精密定位技术进行了深入研究,设计了一种低输入耦合、大行程的精密定位平台, 具有一定的学术价值和实际意义。本课题得到国家自然科学基金(50375051)、教育部科学技术重点项目(104149)、广东省自然科学基金重点项目(036548)等基金的资助。本文对柔性铰链式精密定位平台的结构尺寸进行了优化设计,以较大的定位范围和较高的定位精度为目标。平台由整体式柔顺机构、压电陶瓷驱动器和LVDT位移传感器组成。介绍了优化设计参数的选择过程,推导出了平台优化的目标函数方程,从柔性铰链的强度、平台的固有频率、最大驱动力、输入耦合、平台几何尺寸等约束条件出发,得出了平台设计的最优设计参数,基于优化结果,研制了一台精密定位平台。同时,对平台的输入耦合进行了分析,讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度,给出了对输入耦合有较大影响的设计参数,研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有重要指导意义。有限元仿真结果表明,平台沿X轴和Y轴的定位范围分别为±114.6微米和±132.3微米, 转角范围为±5.1毫弧度,固有频率为280.2赫兹。

关键词：精密定位优化设计柔性铰链输入耦合有限元