基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台及系统包括：微动台和基板及控制系统，微动台包括动平台及四个柔性铰链，在动平台相邻的两侧分别布置着单个和一对并排的压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器一端与动平台之间通过一个万向铰连接，另一端通过另一万向铰与预紧弹簧连接，预紧弹簧由螺钉预紧；在动平台上表面，沿每个压电驱动器轴线方向分别布置着一个电容传感器；电容传感器的一片位于固定在微动台外侧的一个传感器支架上，另一片位于固定在动平台上表面的另一传感器支架上，采用计算机闭环控制。本发明专利技术有效提高位移直线度和定位精度，消除耦合，避免驱动器分离，保护压电驱动器。采用增广噪声模型的LQG算法有效抑制窄带地基扰动，提高定位精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微定位平台技术，特别是一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台及微定位平台系统，可用于电镜，光学对准等需要高精度定位场合。
技术介绍
微定位平台可用于需要高精度定位场合，如电镜，光学对准等，尤其适用于对输出位移的直线度有很高要求的场合。为了减小位移输出耦合，国内外的定位装置均采用串联的形式，中国专利CN ^521876Y提出了对称式设计的柔性导轨，但由于加工和装配的误差实际上仍然存在结构不对称性，输出位移的直线度仍然不能得到保证。中国专利 CN 2706835Υ提出了一种平面三自由度定位平台，在安装了两个压电驱动器的自由度上， 如果两个压电陶瓷驱动器输出不同的位移，其中的一个压电陶瓷驱动器将有可能与被驱动的动平台分离；压电陶瓷驱动器直接作用在动平台上，当与之正交方向的压电陶瓷驱动器有位移输出时，驱动器受到弯矩和剪力的作用，极易破坏压电陶瓷驱动器。美国专利 US20030051331A1提出了一种在单自由度上采用双压电驱动器的柔性定位平台，这种定位平台输出位移具有良好的直线性，但是采用了槽式串联结构，为了使X、Y两个方向位移输出都具有良好的直线性，在两个方向都各需要两个压电陶瓷驱动器，提高了成本；同时，采用串联结构的定位平台各个自由度上定位误差存在累积效应，定位精度受到限制。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有串联结构定位平台的不足，提供一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台及微定位平台系统，可以消除累积定位误差；消除加工和装配误差导致的结构不对称性对位移输出直线度的影响；消除压电陶瓷驱动器与动平台分离的现象；保证压电陶瓷驱动器的安全。本专利技术的技术解决方案是一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台，包括微动台和用于固定微动台的基板；所述微动台包括中间的动平台以及位于所述动平台四个角落的四个柔性铰链，动平台及四个角落的四个柔性铰链组成二级杆组；在动平台相互垂直的两侧分别布置着单个和一对压电陶瓷驱动器，其中一对压电陶瓷驱动器与动平台的中轴线对称，单个压电陶瓷驱动器与动平台另一侧的中轴线重合；压电陶瓷驱动器一端与动平台之间通过一个万向铰连接，压电陶瓷驱动器的另一端通过另一万向铰与预紧弹簧连接，预紧弹簧通过螺钉预紧；在动平台上表面，沿着每个压电陶瓷驱动器轴线方向分别布置着一个电容传感器；所述电容传感器的一片位于固定在微动台外侧的一个传感器支架上，另一片位于固定在动平台上表面的另一传感器支架上。本专利技术的并联微定位平台的动态工作过程动平台四角分别有四个柔性铰链形式的二级杆组，动平台发生运动时，所有的变形都集中在柔性铰链处。当动平台的一侧安装的两个压电陶瓷驱动器输出相等的位移时，动平台沿该方向作直线运动；当动平台另一侧驱动器输出位移时，与之垂直一侧的两个压电陶瓷驱动器同时作用在动平台上以校正因结构不对称性导致的偏转，从而使该方向位移输出具有很高的直线度；当动平台一侧的两个压电陶瓷驱动器输出大小相等方向相反的位移时动平台产生纯转动，当输出的位移不同时， 动平台除了有平动还有转动产生。总之，在动平台运动的过程中，三个电容传感器实时检测运动的位移，并将位移反馈到控制计算机，计算机计算出动平台与参考位移的偏差，通过控制算法计算出的控制信号经D/A转换器和高压放大器使三个压电陶瓷驱动器产生位移同时作用在动平台上，这样就能够校正动平台运动时产生的偏差。一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台系统，包括基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台和控制系统，控制系统包括工控机、D/A转换器、A/D转换器、电压放大器；工作时，工控机给出参考位移信号，经D/A转换输入到电压放大器，电压放大器驱动三个压电陶瓷驱动器产生伸缩；电容传感器检测的并联微定位平台位移输出经A/D转换输入到工控机，由工控机完成控制，使微定位台的位移输出能够跟踪参考输入信号。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术的并联结构提高了定位精度。(2)本专利技术在一个自由度上布置双压电陶瓷驱动器能够校正加工和装配产生的不对称性对平台运动直线度的影响，提高了运动直线度。(3)本专利技术所采用的机构解耦方便，易于控制。(4)本专利技术中增加的预紧弹簧能够保证动平台与连接部件的可靠接触。(5)本专利技术中的万向铰能够保证压电陶瓷驱动器不受剪力和弯矩破坏，提高了可靠性。(6)本专利技术的控制系统采用LQG控制算法，定位精度高，超调量小。总之，本专利技术可以有效提高位移输出直线度，消除位移耦合，提高定位精度，避免驱动器分离的情况发生，保证压电陶瓷驱动器的安全。同时采用增广噪声模型的LQG算法能够有效抑制窄带地基扰动，进一步提高了定位精度。附图说明图1为本专利技术结构示意图2为本专利技术微定位平台的机构简图；图3为本专利技术微动台主体结构图；图4为本专利技术压电陶瓷驱动器装配体组件；图fe为本专利技术万向铰结构主视图，图恥为本专利技术万向铰结构立体图；图6a为本专利技术预紧弹簧结构主视图、图6b为本专利技术预紧弹簧结构立体图、图6c 为本专利技术预紧弹簧结构俯视图；图7为本专利技术计算机控制系统示意图；图8为本专利技术控制算法框图；图9a、图9b分别表示在地基振动的干扰下，采用未增广噪声模型的LQG算法和采用增广噪声模型的LQG算法，微定位平台对圆形参考轨迹的跟踪效果；图10a、图IOb分别表示采用噪声增广模型的LQG算法前后微定位平台X方向对 0. 1单位阶跃输入的跟踪响应曲线。具体实施例方式本专利技术由于采用了并联结构，三个驱动器同时作用于动平台，通过闭环控制能够消除平台因加工和装配误差导致的结构不对称性对位移输出直线度的影响；独特设计的压电陶瓷驱动器预紧弹簧能够使驱动器始终压紧在动平台上；万向铰可以避免压电陶瓷驱动器受弯矩而断裂。如图1所示，本专利技术的基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台由微动台2和基板1组成，微动台2通过多个紧定螺钉11固定在基板1上。微动台2包括中间的动平台 10以及位于动平台10四个角落的四个柔性铰链7a、7b、7c、7d。在动平台10相互垂直的两侧分别布置着单个压电陶瓷驱动器5c和一对并排的压电陶瓷驱动器fe、5b，驱动器5ajb 与动平台10的中轴线对称，驱动器5c与动平台10另一侧的中轴线重合。三个压电陶瓷驱动器fe、5b、5c —端分别与动平台10之间通过万向铰4b、4d、4f连接，三个压电陶瓷驱动器 5a.5b.5c的另一端分别通过万向铰^、4c3e与预紧弹簧3a、3b、3c连接，预紧弹簧3a、3b、 3c通过螺钉6a、6b、6c预紧。动平台10上表面，沿着三个压电陶瓷驱动器轴线方向分别布置着三个电容传感器，12a、12b、12c、12d、12e、12f。三个电容传感器为分离式电容传感器， 每个电容传感器其中的一片12b、12c、l&位于固定在微动台10外侧的传感器支架8a、8b、 8c上，另一片12a、12d、12f位于固定在动平台10上表面的另一个传感器支架9a、9b、9c上。如图1所示，当需要使动平台在沿5c轴线方向输出严格的直线位移时，使压电陶瓷驱动器5c产生伸长量，同时驱动器5a，5b根据传感器12e-f，12c_d的检测信号在线计算出的校正量实时校正动平台可能产生的位移偏差；当需要使动平台在沿fe或恥轴线平行的方向输出严格的直线位移时，使该方向的两个参考位移信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台，其特征在于包括：微动台和用于固定微动台的基板；所述微动台包括中间的动平台以及位于所述动平台四个角落的四个柔性铰链，动平台及四个角落的四个柔性铰链组成二级杆组；在动平台相互垂直的两侧分别布置着单个和一对并排的压电陶瓷驱动器，其中一对并排的压电陶瓷驱动器与动平台的中轴线对称，单个压电陶瓷驱动器与动平台另一侧的中轴线重合；压电陶瓷驱动器一端与动平台之间通过一个万向铰连接，压电陶瓷驱动器的另一端通过另一万向铰与预紧弹簧连接，预紧弹簧通过螺钉预紧；在动平台上表面，沿着每个压电驱动器轴线方向分别布置着一个电容传感器；所述电容传感器的一片位于固定在微动台外侧的一个传感器支架上，另一片位于固定在动平台上表面的另一传感器支架上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：舒强，施宁平，饶学军，凡木文，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90
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