压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究

	压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究
	张东岳
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	为了实现不同波长激光的同轴合束,每台激光器都配备有可以承载合束镜片的两维压电陶瓷偏摆台。压电陶瓷具有结构尺寸小、控制精度高等优势,广泛的应用在微定位领域。但由于压电陶瓷具有迟滞性和蠕变性等一些非线性特性,从而给压电陶瓷的精密控制增加了难度,严重的甚至使系统变得不可控制。通过对压电偏摆镜的迟滞模型以及控制算法进行研究,可以实现偏摆镜的精密控制,从而满足控制系统的要求。在工程项目指标要求中,压电偏摆镜绕相互垂直两个轴转动的最大行程范围为±1mrad,定位精度优于5μrad。本文通过对压电陶瓷的迟滞特性、蠕变特性和温度特性等非线性特性进行理论研究,分析了压电陶瓷的微观极化机理。并对压电偏摆台机械结构,包括内部的制动器和精密偏转机构以及压电偏摆台的电气连接结构和所选用的信号采集传感器进行了理论分析。阐述了驱动控制系统中各个电路模块的设计原理,其中包括控制模块、驱动模块和检测模块。控制模块主要包括主控芯片DSP、串并转换接口FPGA、数模转换芯片D/A和A/D及其外围电路,用来实现控制算法、产生控制信号;驱动模块采用误差放大式驱动模式,利用高压功率运算放大器将控制模块输出的电压信号进行放大,驱动偏摆台转动;检测模块采用两级运算放大结构,将传感器采集的压电陶瓷的微形变信号进行放大,反馈给控制模块。然后对驱动控制系统硬件电路的线性度、输出稳定性和零点重复性进行检测。通过设计压电偏摆镜控制驱动硬件平台并对偏摆台建立了PI迟滞模型及参数辨识,求解PI迟滞逆模型及其参数并设计前馈控制器对压电陶瓷执行器进行前馈控制,再通过引入PID反馈控制环节可以实现对压电偏摆镜的复合精密控制,进一步提高控制精度。实验结果表明,复合控制的最大定位误差为2.2μrad,符合系统要求。本文的研究工作有助于实现偏摆镜中压电陶瓷的精密控制,对压电陶瓷两维偏摆镜的广泛应用具有一定的理论和实际价值。
关键词	压电陶瓷压电偏摆镜 Pi迟滞模型复合控制
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57713
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	张东岳. 压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	张东岳.(2016).压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	张东岳."压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).