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本期向大家推介的是苏州大学机电工程学院钟博文教授团队的项目：《基于压电驱动的纳米闭环控制系统》。
主要成果完成人：钟博文教授，苏州大学机电工程学院。主要研究领域：1.压电驱动和控制技术；2.跨尺度精密定位技术；3.高通量显微检测技术。
成熟程度：研制
应用产业领域：生物技术与医药、半导体、装备制造
成果简介：
压电陶瓷致动器作为新型微位移器件，具有体积小，驱动力大，分辨率高，响应快，易于控制等优点，可在低温、真空环境下使用，故而在精密机械当中得到广泛的应用。然而，压电陶瓷具有一般铁电材料所具有的共性：迟滞非线性。这给压电陶瓷的运用带来了一定的难度和障碍。本团队研发的压电驱动的闭环控制系统，成功消减了压电陶瓷的迟滞特性所带来的不良影响，使得精密控制定位技术的可靠性大大提高。
图1：基于压电驱动的闭环控制系统的PPC精密定位控制器
创新要点：
1.基于Bouc-wen模型，将形状控制函数的取值分为多个独立取值的阶段，这些取值具有非对称性，从而建立压电驱动的非对称实质模型，并进行离散化处理。据此预先建立迟滞补偿器，将各时刻压电陶瓷制动器预设的目标位移作为输入，得到压电陶瓷致动器在个时刻与所述目标位移对应的输入电压。将各时刻的输入电压作用于压电陶瓷制动器，得到压电陶瓷制动器在个时刻对应的实际输出位移。
图2：迟滞补偿原理图
2.获取运动快的目标位置和目标速度，并获取运动块的当前位移和当前速度。在当前速度与目标速度不同时，基于PID控制算法调节驱动信号的信号频率，以调节运动块的当前速度；根据当前位移确定运动块与目标位置之间的距离，在小于扫描距离时，基于PID控制算法使用粘滑式惯性压电驱动器，驱动运动块向目标位置进行纳米级运动。实现对位置和速度的双重调节，提高了压电驱动器的驱动精度。
图3：阶跃信号的PID算法调节，有效提高精密度
技术指标：
1.峰值电流0.5A
2.输出电压纹波＜30mV
3.闭环控制精度最高可达10nm
4.输入功率150W
5.频率响应达1000Hz
