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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:朱慶國
研究生(外文):Zhu Qing-Guo
論文名稱:雙軸超音波定位平台之研製
論文名稱(外文):Design and Fabricate of Two-axial Ultrasonic Stage
指導教授:歐陽敏盛歐陽敏盛引用關係
指導教授(外文):M. S. Ouyang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:雙軸定位平台薄盤側推式超音波致動器單一輸入模糊控制器
外文關鍵詞:X-Y tablethin-disc edge-driving ultrasonic actuatorsingle-input fuzzy logic controller
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本研究論文是設計與製作雙軸定位平台系統,以薄盤側推式超音波致動器為驅動器。鑒於現今傳動系統大部分採用伺服機構搭配滾珠螺桿做為定位機制,而此種定位機制存在著背隙的問題,同時製作精度的要求使價格居高不下;為了使定位精度提升、避免電磁干擾、機構易於薄形化設計及降低製作成本,採用本研究室所研發之薄盤側推式超音波致動器來直接驅動平台,搭配控制器的設計,使其具有長程移動且定位精度可達微米等級。
研究流程首先設計超音波致動器與雙軸平台的機構,對致動器的性能進行量測並設定驅動參數。接著實際量測超音波致動平台的各種動態特性,設計單一輸入的模糊控制器作為定位控制。最後整合至雙軸定位平台機電系統中,測試整體機構及定位的性能,如定位精確度的測試、平台速度、步進位移量,調整系統參數使其具有抗雜訊干擾能力,以達到精密、穩定、快速之定位目的。由本實驗結果得知,本文所使用的雙軸定位平台和單一輸入模糊控制器的設計,能使平台定位精度達0.5μm,而且本實驗室所研發的超音波致動器還具有步進馬達的功能,最小的步進位移也可達微米等級。
Design and fabricate thin-disc edge-driving ultrasonic actuators as foundation to position stage system in this research thesis. Servomechanisms with ball screws are used in most of transportation systems now. But this type of mechanism has a backlash problem in positioning system and the cost is high to demand driving elements with precise dimensions. We plan to adopt thin-disc edge-driving ultrasonic actuators developed by us as actuating elements to drive X-Y table directly for sake of promoting precision positioning, avoiding electromagnetic interference, laminating mechanism design and reducing the cost. Then long distance and micrometer precise position can be achieved within the novel mechanism via the design of robust controller.
The mechanical design of ultrasonic actuator as well as X-Y table will be verified at first in research approach. The performance of ultrasonic actuators will be measured and the driving parameters will be set well by experimentation. Then the static and dynamic features of the constructed X-Y table will be measured and analyzed. Design single-input fuzzy logic controller as orienting control. Finally, combine it in double axles orient the electromechanical system of the stage and test the whole organization and performance of orientation, such as orienting test, speed of stage, step displacement. It makes it resist the disturbance to adjust the system parameter in order to possess the abilities of precision, stability and fast positioning. By this experimental result, using the double axles orienting stage and single-input fuzzy logic control can make the precision of oriented reach 0.5μm. As well as the ultrasonic actuators have capability as step motor, and its minimum step displacement can reach several micro of grades.
第一章 緒論
1.1 前言
1.2 文獻回顧
1.3 研究動機
1.4 控制理論
1.5 本文內容
第二章 壓電原理與致動器理論
2.1壓電材料簡介
2.1.1壓電效應
2.2 超音波馬達種類
2.2.1 行進波式
2.2.2駐波式
2.3 壓電超音波致動器
第三章雙軸定位平台設計
3.1平台設計
3.1.1 雙軸平台機構設計
3.2致動器設計
3.3 雙軸平台寸動量測
第四章實驗架構與控制器設計
4.1驅動電路
4.2量測系統
4.3介面卡
4.4實驗方法
4.5 FLC控制器
4.5.1 FLC與受控對象的關係
4.5.2 Fuzzy 邏輯控制器的組成
4.5.3 FLC控制器設計
4.6控制器設計
第五章 實驗結果
5.1.1 雙軸平台速度量測
5.1.2 雙軸定位平台速度控制
5.2 雙軸平台定位精度量測
5.2.1單點定位
5.2.2重複點定位
第六章 結論與建議事項
6.1結論
6.2建議事項
參考文獻
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