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🔥 内容介绍
一、引言
在现代微纳制造、光学精密测量等众多领域，对高精度定位的需求日益增长。压电微定位平台凭借其高分辨率、快速响应等特性，成为实现精密定位的关键设备。而基于平方根比例控制的 XY 双轴步进驱动策略，为压电微定位平台在复杂工况下实现精准定位提供了一种有效的解决方案。
二、压电微定位平台基础
- 工作原理
：压电微定位平台利用压电材料的逆压电效应工作。当在压电材料上施加电压时，压电材料会产生与电压成正比的微小形变，通过巧妙设计的机械结构，将这种微小形变传递并放大，从而实现平台的高精度位移。例如，常见的压电叠堆结构，多个压电陶瓷片堆叠在一起，施加电压时，整体产生轴向的伸长或缩短，进而推动平台移动。
- XY 双轴结构
：为实现二维平面内的定位，压电微定位平台通常采用 XY 双轴结构。X 轴和 Y 轴相互垂直，各自配备独立的压电驱动系统。这种结构使得平台能够在 XY 平面内精确控制位置，满足不同应用场景对二维定位的需求，如在扫描探针显微镜中，需要平台在 XY 平面内精确移动以扫描样品表面。
三、平方根比例控制原理
- 比例控制基础
：比例控制是一种常见的反馈控制策略，它根据系统的误差（设定值与实际值之差）来调整控制量。在压电微定位平台中，误差可能是目标位置与当前实际位置的差值。比例控制的核心是通过一个比例系数 Kp 将误差放大或缩小，得到控制信号去驱动压电元件，使平台朝着减小误差的方向移动。例如，若误差为正，表示平台当前位置小于目标位置，比例控制输出的控制信号将使压电元件产生正向位移，推动平台向目标位置靠近。
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
% In the name of Allah
% Ali Abdi
% 1397-11-14
% Thesis
%clear all
%close all
clc
% Fuzzy Control
% Main Code
%% ------------------------------------- Input
%Input Desired Position
Xd=input('please enter Desired X (um) : ')*1e-6
Yd=input('please enter Desired Y (um): ')*1e-6
%% ------------------------------------- Parameters
errory(ky+1)=Yd-yf(ky+1);
% Defuzzifire
if errory(ky+1)>=e2F
kk=length(inF);
elseif errory(ky+1)<=e1F
kk=1;
else
kk=round((errory(ky+1)-e1F)/(e2F-e1F)*length(inF));
end
Di=0;
Si=0;
for k=1:1:NinF
Di=Di+UinF(k,kk);%UoFx(k);
Si=Si+Ruley(k)*UinF(k,kk);%UoFx(k);
end
vo=Si/Di;
% Signal ----------------------
if errory(ky+1)>=0
Voly(ky+1,:)=vo*Volyf(1,:)/abs(Vmaxyf);
else
Voly(ky+1,:)=vo*Volyb(1,:)/abs(Vmaxyb);
end
% Next Step
hy=zeros(1,daty);
Fhy=zeros(1,daty);
sy=ones(1,daty)*eps*1e6;
y1(ky+1,1)=0;
y1(ky+1,2)=eps;
y2(ky+1,1)=0;
y2(ky+1,2)=eps;
% next ky
ky=ky+1
end
% ------------------------- Y Finished
%% ------------------------------------- Classification
% X
x1(kx,:)=[];
x2(kx,:)=[];
j=0;
for j=1:1:kx-1
xx1(1,datx*(j-1)+1:datx*j)=x1(j,1:datx)+xf(j);
TTx1(1,datx*(j-1)+1:datx*j)=TTx(j,1:datx);
Volxx(1,datx*(j-1)+1:datx*j)=Volx(j,1:datx);
end
% Y
y1(ky,:)=[];
y2(ky,:)=[];
j=0;
for j=1:1:ky-1
yy1(1,daty*(j-1)+1:daty*j)=y1(j,1:daty)+yf(j);
TTy1(1,daty*(j-1)+1:daty*j)=TTy(j,1:daty);
Volyy(1,daty*(j-1)+1:daty*j)=Voly(j,1:daty);
end
%% ------------------------------------- Result
AMXP=(Xd+MAL)*ones(1,length(TTx1));
AMXN=(Xd-MAL)*ones(1,length(TTx1));
AMYP=(Yd+MAL)*ones(1,length(TTy1));
AMYN=(Yd-MAL)*ones(1,length(TTy1));
hold on
% X
%figure(1)
subplot(2,2,2)
plot(TTx1*1e3,Volxx*max(abs(xx1*1e6))/Vmaxxb,'k-.','linewidth',1.8)
hold on
plot(TTx1*1e3,xx1*1e6,'linewidth',2.5,'color',[1,0,0])
hold on
plot(TTx1*1e3,Xd*ones(1,length(TTx1))*1e6,'b--','linewidth',1.5)
hold on
plot(TTx1*1e3,AMXP*1e6,'g-','linewidth',1.5)
hold on
plot(TTx1*1e3,AMXN*1e6,'g-','linewidth',1.5)
xlabel('Time (ms)','fontsize',14)
ylabel('Displacement (\mum)','fontsize',14)
title('X-Fuzzy','fontsize',18)
%grid on
box on
%legend('Voltage','Position','Disiered','Margin')
% Y
%figure(2)
subplot(2,2,4)
plot(TTy1*1e3,Volyy*max(abs(yy1*1e6))/Vmaxyb,'k-.','linewidth',1.8)
hold on
plot(TTy1*1e3,yy1*1e6,'linewidth',2.5,'color',[1,0,0])
hold on
plot(TTy1*1e3,Yd*ones(1,length(TTy1))*1e6,'b--','linewidth',1.5)
hold on
plot(TTy1*1e3,AMYP*1e6,'g-','linewidth',1.5)
hold on
plot(TTy1*1e3,AMYN*1e6,'g-','linewidth',1.5)
xlabel('Time (ms)','fontsize',14)
ylabel('Displacement (\mum)','fontsize',14)
title('Y-Fuzzy','fontsize',18)
%grid on
box on
% figure(4)
% plot(inF*1e6,UinF,'linewidth',2)%'b--'
% title('Fuzzy Sets of error','fontsize',18)
% xlabel('error (micron)','fontsize',18)
% ylabel('\mu_e','fontsize',18)
% grid on
%
%
% figure(5)
% plot(onFx,UoFx,'linewidth',2)
% title('Fuzzy Sets of Voltage X','fontsize',18)
% xlabel('Vol (Voltage)','fontsize',18)
% ylabel('\mu_x','fontsize',18)
% grid on
%
% figure(6)
% plot(onFy,UoFy,'linewidth',2)
% title('Fuzzy Sets of Voltage Y','fontsize',18)
% xlabel('Vol (Voltage)','fontsize',18)
% ylabel('\mu_y','fontsize',18)
% grid on
🔗 参考文献
[1]李成军.基于微型磁阵列的水下目标探测系统及解算优化设计[D].哈尔滨工业大学[2026-06-09].
