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高精度位移控制

/high precision displacement control/
条目作者王杰

王杰

最后更新 2024-07-09
浏览 156
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控制器按照位移控制要求发出控制指令,将被控对象的位置按指定速度完成指定方向上的指定位移,即在一定时间内稳定停止在预定的目标点处的过程。

英文名称
high precision displacement control
所属学科
力学

高精度位移控制在超精密机械加工、电子器件的制造与组装、生物医学工程以及微纳米技术等领域具有广泛的应用前景。高精度位移控制需要由高精度定位控制系统完成,其中最重要的组成部分是高精度位移驱动器。高精度位移驱动器主要分为两大类:一类是基于洛伦兹力原理的电磁驱动器,另一类是基于逆压电效应的压电驱动器。

在电磁驱动器中,磁场相对于导体运动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力,即电流中定向移动电荷所受洛伦兹力的合力的作用,并发生移动,从而达到位移控制的目的。在使用电磁驱动器时,位移控制通过直流电机或步进电机来实现。通过调节磁场和导线中电流的大小,来改变安培力的大小,将被控对象的位置按指定速度完成指定方向上的指定位移。高精度电磁位移驱动器的分辨率可达到纳米量级。

压电位移驱动器是对压电材料施加电压,利用逆压电效应使材料发生形变,从而实现位移控制的目的。压电位移驱动器的驱动原理与基于洛伦兹力原理的电磁驱动器有显著不同,但基本功能大致相同。压电位移驱动器的位移量是由压电系数、元件形状、外加电场所决定的。由于压电位移驱动器可以产生连续的、理论上无限小的可控位移,所以被广泛地应用于精密位移控制。为了进一步提高位移控制精度,压电位移驱动器的输出位移可以通过压电线性马达来实现。压电线性马达直接将电能转换成直线运动的机械能,不需要任何中间转换机构,响应快,控制精度高,位移控制精度可以达到亚纳米量级。

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