摘要：为消除压电驱动柔性微定位平台高精控制对平台不确定动力学模型的依赖性,提出了一种数据驱动无模型迭代前馈补偿和自适应陷波滤波结合的控制方法来提高平台的跟踪性能。首先,建立了数据驱动无模型迭代前馈控制器,提高系统对噪声和其他干扰的鲁棒性,同时,证明了在无模型迭代前馈作用下,连续参考输入跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性;其次,构建了自适应陷波滤波器来消除平台谐振的影响,对误差信号进行快速傅里叶变换,并设计谐振频率在线提取算法,实现对陷波滤波器参数的在线实时整定,来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所设计的无模型迭代前馈控制器和自适应陷波滤波器对压电微动台进行轨迹跟踪实验。实验结果表明:在跟踪三角波信号时,与单独比例-积分(Proportional Integral,PI)控制和结合自适应陷波滤波器的PI控制相比较,最大跟踪误差分别减小78.25%和70.83%,能够有效提升平台的稳定性和跟踪精度。

摘要：The cross-coupled control(CCC)is widely applied to reduce contour errors in contour-following *** such situation,the contour error estimation plays an important ***,the linear or second-order estimation approach is adopted for biaxial motion systems,whereas only linear approach is available for triaxial *** this paper,the second-order contour error estimation,which was presented in our previous work,is utilized to determine the variable CCC gains for motion control systems with three *** integrated stable motion control strategy,which combines the feedforward,feedback and CCC controllers,is developed for multiaxis CNC *** results on a triaxial platform indicate that the CCC scheme based on the second-order estimation,compared with that based on the linear one,significantly reduces the contour error even in the conditions of high tracking feedrate and small radius of curvature.

摘要：This paper addresses the problem of accuracy characterization and measurement point planning for 3-D workpiece localization in the presence of part surface errors and measurement errors. Two frame-invariant functions of the infinitesimal rigid body displacement are defined to quantify the localization accuracy required by manufacturing processes. Then, two kinds of frame-invariant indices are derived to characterize the sensitivities of the accuracy measures to the sampling errors at the measurement points. With a dense set of discrete points on the workpiece datum surfaces pre-defined as candidates for measurement, planning of probing points for accurate recovery of part location is modeled as a combinatorial problem focusing on minimizing the accuracy sensitivity index. Based on an interchange rule, a greedy algorithm is developed to efficiently find a near-optimal solution. It is also shown that if the number of the measurement points is sufficiently large, there is no need to optimize their positions. Example confirms the validity of the presented indices and algorithm.

摘要：基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比例微分积分(PID)和前馈补偿作为主控制器,并以基于内模原理的并联谐振控制器实现周期性轨迹的超高精度跟踪。考虑系统非最小相位特征,结合因子分解和镜像极点配置方法获得了系统稳定逆动力学模型。实验测试结果表明:该文所设计的控制方法,获得了1070 Hz(-3 dB)闭环带宽;100 Hz正弦轨迹实际跟踪误差小于±0.375%,并可对5 nm台阶轨迹进行稳定闭环跟踪,证明所设计的FTS控制系统可有效实现nm精度切削。

摘要：目的了解青岛市MSM对HIV暴露后预防(PEP)药物使用率及相关因素,为MSM艾滋病防控工作提供参考。方法采用横断面调查设计,于2022年4月至2023年2月,依托青岛市MSM社会组织,采用滚雪球抽样方法招募MSM研究对象,纳入标准为年龄≥18岁男性、最近6个月发生同性肛交或口交、HIV阴性或感染状态未知,估计样本量为566人。通过现场问卷调查收集研究对象的人口学特征、性行为特征和PEP药物使用情况等信息。采用logistic回归模型分析使用PEP药物的相关因素。结果MSM研究对象共811人,以25~34岁(53.6%,435/811)、未婚(74.7%,606/811)、月均收入≥5000元(52.2%,423/811)和在青岛市居住时间≥10年(75.6%,613/811)为主,最近6个月知晓性伴HIV感染状态者占67.1%(544/811)、有HIV阳性性伴者占3.6%(29/811),最近6个月发生群交、发生无保护肛交和使用新型毒品者分别占86.4%(701/811)、98.2%(796/811)、80.3%(651/811)。PEP药物使用率为28.4%(230/811)。多因素logistic回归分析结果显示,研究对象使用PEP药物的相关因素包括离异/丧偶(aOR=5.46,95%CI:1.96~15.17)、月均收入≥5000元(aOR=2.04,95%CI:1.44~2.89)、性取向为同性恋(aOR=0.40,95%CI:0.22~0.71)、最近6个月有HIV阳性性伴(aOR=2.54,95%CI:1.13~5.71)、最近6个月HIV检测≥3次(aOR=1.46,95%CI:1.04~2.06)。结论青岛市MSM的危险行为发生率较高,PEP药物使用率较低,应加大对该人群的艾滋病防治知识宣教,倡导知情交友,降低危险行为发生率;探索PEP药物的医保报销方案,降低使用成本,促进MSM在发生HIV暴露后尽早使用PEP药物。

摘要：Maxwell电磁力驱动避免了压电驱动器行程小和音圈电动机驱动力不足的固有缺点,在快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统中极具应用前景。针对Maxwell电磁力驱动FTS系统的高性能轨迹跟踪问题,提出以阻尼控制改善被控对象基本动力学特性,再基于频域整形方法优化设计高增益PID控制器,实现FTS的高带宽控制。为降低阻尼控制系统名义模型阶次,提出以比例增益近似替代阻尼控制系统传递模型,并结合扰动观测器对前馈增益未建模部分进行估计与主动补偿。以所设计的一种Maxwell电磁力驱动FTS为对象,借助扫频激励辨识了系统名义模型,并据此设计了各控制器参数。试验测试结果表明:所设计的阻尼控制器可以有效抑制系统谐振并提高PID控制系统带宽,基于扰动观测的前馈补偿器的引入可大幅降低轨迹跟踪误差。最终对25μm幅值、25 Hz频率的谐波轨迹跟踪获得了±0.16μm的误差。

摘要：提出了一种开环快刀伺服(Fast tool servo,FTS)系统实现方法,对微结构表面进行高速切削以提高微结构制造效率.针对宽频FTS系统设计,以压电叠堆和柔性铰链为驱动器和导向机构,借助解析模型优化设计了FTS装置参数并进行了有限元验证,实验测试结果表明所设计的FTS获得了预期性能.针对宽频域轨迹跟踪,采用线性动力学模型级联静态Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,构建并联合辨识获得了FTS输入与输出间的映射模型,并通过动态迟滞补偿实现了kHz级宽频域内一致性的建模精度和轨迹跟踪精度.最终,借助精密数控车床和FTS样机搭建了切削系统,以典型微结构表面切削创成验证了所提出开环FTS高速切削的可行性.

摘要：为了解决传统微定位平台运动范围小、寄生运动和交叉轴耦合严重导致运动精度低等问题,提出了一种音圈电机驱动的全簧片式大行程、空间多自由度并联柔性解耦微定位平台。首先,介绍了含簧片型柔性球铰的大行程多自由度并联柔性机构的结构和变形原理。接着,以空间三自由度为例,推导了动平台的运动学方程,建立了机构的输入刚度模型,并基于柔度矩阵法对柔性球铰进行了柔度建模和设计,从而确定了微定位平台的参数。此外,分别对三自由度方向进行了系统动力学模型辨识,并基于模型设计了一种相位超前PI反馈控制结合滑模前馈控制的复合控制器。最后,搭建了平台实验系统来验证其轨迹跟踪性能。实验结果表明:与经典的PID控制相比,该复合控制方法能够使得轨迹跟踪性能提高95%以上,加入的滑模前馈也能够有效消除单纯反馈控制产生的相位滞后。并且,所提出的多自由度微定位平台能够实现±3.23 mm×±21.50 mrad×±20.30 mrad的运动范围,具有行程大、稳定性好和精度高等特点,可以用于许多需要大行程高精度的空间定位场合。

摘要：针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置。分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响。根据拉格朗日方程建立其动力学模型,推导出机构在运动方向的固有频率。建立数学优化模型,进行了机构静态和动态的双目标优化设计,采用基因遗传算法对带有非线性约束条件的目标函数优化求解。利用有限元方法对优化后的机构进行了模态分析,研究了柔性机构的前四阶固有频率和振型。制作出高精度的柔性铰链机构,设计搭建转动调节装置进行实验测试。测试结果表明:柔性角位移调节机构转角可达到0.668°,微调时双向运动重复精度实现±8.91 nrad,角分辨率为15 nrad,1~500 Hz的30 min稳定性(均方根值)为2.72 nrad,机构的一阶固有频率约295 Hz,与理论计算和有限元分析相一致。结果验证了优化设计的柔性机构实现纳弧度级高精度角位移调节的有效性和可靠性。

摘要：纳米尺度研究的发展对原子力显微镜的核心运动部件一一纳米定位平台的定位精度与扫描速度提出了更高要求。针对平台运动耦合与谐振频率两项关键性能展开研究,设计了一种新型基于压电陶瓷驱动的二维高带宽低耦合纳米定位平台。结构设计上,首先提出高刚度并联解耦结构,然后基于内外侧柔性铰链刚度解耦假设,确立了高刚度低耦合设计方案。为进一步提升平台谐振频率,建立尺寸参数优化模型,以平台一阶谐振频率为优化目标进行优化设计。优化结果与有限元仿真结果误差小于6%,验证了设计方法的准确性。最后,加工样机并搭建实验系统。性能实验结果证明本文设计平台达到高带宽低耦合设计目标。平台性能与同类型现有平台相比,谐振频率提升20%,静态耦合降低80%,动态耦合降低30%,有助于原子力显微镜性能提升。