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随着科学技术的快速进步,微/纳米定位技术在医疗科学、生物工程、微机电系统、航空航天等众多领域中都有比较广泛和深入的发展。压电驱动的微定位平台系统由于其高精度、高分辨率、高可靠性、快响应速度、易于加工和控制等优点,通常被用于高精度设备、仪器以及高精度操作中,在科学研究和生产应用上都具有重要的价值。因此,在开展多自由度、大行程、高精度的柔性定位平台设计与分析的基础上,通过智能控制技术来提高微/纳米定位系统的工作性能和精度,以加强和完善微定位技术的控制系统,是一项具有重要意义的研究课题。本文依托于上海市空间飞行器机构重点实验室开放课题,以所研究的六自由度微定位平台为出发点,开展了该平台系统的迟滞误差、加工误差和耦合误差的理论分析、误差补偿控制策略、软件设计和实验测试等工作,具体研究内容如下:(1)研究了微定位平台系统的组成与工作原理:探讨了微定位平台系统的各部分组成,分析了驱动装置的原理与特性;根据柔顺机构学、机械原理等理论,对比分析了微定位平台的典型构件,确定了柔性铰链、位移放大机构等类型,并采用能量法、弹性梁理论、伪刚体模型等方法,计算了桥式放大机构的放大比和输入/输出刚度等参数。(2)研究了微定位平台系统的迟滞、加工和耦合误差分析方法:建立Preisach迟滞模型,利用反向传播神经网络训练法辨识迟滞模型参数,拟合得到压电陶瓷驱动器输入电压与输出位移之间的迟滞非线性关系;考虑各个自由度上影响平台输出位移误差最大的结构参数,建立了加工误差模型;采用空间几何法、拉格朗日方程等理论,分析了平台多自由度之间的运动耦合误差,计算了等效刚度、等效质量等动态参数,并通过Ansys有限元仿真进行了对比分析,为后续的控制策略设计奠定了力学基础。(3)研究了微定位平台系统的误差补偿控制策略:根据机电耦合等效变换原理和动力学理论,建立了微定位平台系统的动力学方程,推导了系统的开环传递函数;针对系统的迟滞误差、加工误差和耦合误差,建立了逆Preisach迟滞模型作为前馈补偿,设计了PID、反向传播神经网络PID和模糊小脑模型神经网络PID三种控制算法作为闭环控制补偿,并进行了Matlab/Simulink仿真分析,探讨了系统误差补偿的最优控制策略。(4)研究了微定位平台系统的误差补偿实验测试与评价:基于六自由度微定位平台样机和实验仪器,搭建了微定位平台系统的实验装置,利用Labview软件实现了驱动和检测装置的软件集成,构建了系统的闭环控制实验环境;展开了微定位平台系统的开环迟滞、开环逆迟滞补偿、闭环控制补偿和耦合补偿实验,分析了各个自由度的迟滞误差、最大误差值、最大跟踪误差、均方根误差和位移耦合比等性能指标,验证了系统误差补偿控制策略的有效性以及评价了控制策略的补偿效果。