[發(fā)明專利]一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位方法、裝置及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107688292B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 何思豐;湯暉;高健;陳新;陳桪;賀云波;李華偉;楊志軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05D3/12
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發(fā)明公開了一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位方法、裝置及系統(tǒng)，該方法包括：處理器將目的位移信號輸入到柔性機構的輸入輸出模型，獲取第一位移信號；將目的位移信號與位移傳感器發(fā)送的第一位移反饋信號相減，獲取第一誤差信號，并將第一誤差信號輸入到PID控制器，獲取第二位移信號；將第一位移信號和第二位移信號發(fā)送至壓電陶瓷；本發(fā)明可以利用對柔性機構的輸入端位移與最終位移輸出端之間存在的非線性位移傳遞函數(shù)建立的輸入輸出模型，確定壓電陶瓷的驅動器的輸出位移量與柔性機構的最終輸出位移量的對應關系，避免了柔性機構的非線性位移傳遞函數(shù)關系對柔性納米定位的影響，提高了柔性納米定位的精確度。

技術領域

本發(fā)明涉及微納加工領域，特別涉及一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術

在微納加工領域，高精度的運動定位系統(tǒng)至關重要。為了能使運動定位精度能達到微納米級別，常使用壓電陶瓷驅動器驅動柔性位移放大機構(簡稱柔性機構)，其中壓電陶瓷驅動器分辨率可達納米級，但是其行程較小，通常只有幾十微米，因此需要結合柔性放大機構增倍其可定位行程，從而該定位系統(tǒng)在硬件上完全符合高精度定位。

現(xiàn)有技術中，對于基于壓電陶瓷的柔性定位系統(tǒng)的控制，如圖1和圖2所示，往往以單一外部位移傳感器獲得定位系統(tǒng)最終位移信號(柔性機構輸出端位移信號)來反饋控制開環(huán)壓電陶瓷驅動器，從而實現(xiàn)閉環(huán)的運動反饋。然而，這種柔性納米定位方法，忽略了柔性機構的位移傳遞函數(shù)，直接使用電壓信號驅動開環(huán)壓電陶瓷推動柔性機構的輸入端，通過柔性鉸鏈的變形在柔性機構的輸出端輸出較大的位移。輸出端的位移信號被位移傳感器采集直接用作開環(huán)壓電陶瓷的位移反饋信號，跳過了柔性位移放大機構。雖然易于控制，但由于柔性機構依靠的金屬的彈性變形而產(chǎn)生運動，輸入端的位移跟輸出端的位移不是簡單的線性關系，在開環(huán)壓電陶瓷驅動器與最終位移輸出端之間存在著非線性位移傳遞函數(shù)，會對柔性納米定位的精確度產(chǎn)生影響。因此，如何避免柔性機構的輸入端位移與最終位移輸出端之間存在的非線性位移傳遞函數(shù)，對柔性納米定位的影響，提高柔性納米定位的精確度，是現(xiàn)今急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位方法、裝置及系統(tǒng)以利用對柔性機構建立的輸入輸出模型，避免柔性機構的非線性位移傳遞函數(shù)關系對柔性納米定位的影響，提高柔性納米定位的精確度。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位方法，包括：

處理器將目的位移信號輸入到柔性機構的輸入輸出模型，獲取第一位移信號；其中，所述第一位移信號為所述柔性機構輸出所述目的位移信號對應的壓電陶瓷的輸出位移量；

將所述目的位移信號與位移傳感器發(fā)送的第一位移反饋信號相減，獲取第一誤差信號，并將所述第一誤差信號輸入到PID控制器，獲取第二位移信號；

將所述第一位移信號和所述第二位移信號發(fā)送至所述壓電陶瓷，使所述壓電陶瓷根據(jù)所述第一位移信號和所述第二位移信號，進行位移。

可選的，當所述壓電陶瓷為閉環(huán)壓電陶瓷時，該方法還包括：

所述閉環(huán)壓電陶瓷的控制器將所述第一位移信號與所述第二位移信號之和減去所述閉環(huán)壓電陶瓷的驅動器發(fā)送的上次第二位移反饋信號，獲取第二誤差信號；

將所述第二誤差信號輸入到所述閉環(huán)壓電陶瓷的PID閉環(huán)控制器，獲取驅動信號；

將所述驅動信號發(fā)送至所述驅動器，以使所述驅動器進行位移，并接收所述驅動器的輸出位移量對應的本次第二位移反饋信號。

可選的，所述輸入輸出模型具體為所述柔性機構的逆?zhèn)鬟f函數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種基于壓電陶瓷的柔性納米定位裝置，包括：