آنالیز مودال و کنترل مکانیزم منعطف دو درجه آزادی

یکی از مشخصه های بسیار مهم در مکانیزم های منعطف، خواص مودال آنهاست. همواره در طراحی چنین مکانیزم هایی تلاش می شود تا با تنظیم فرکانس طبیعی، چابکی مناسب حاصل گردد. در این پژوهش سعی شده است تا با استفاده از نرم افزار المان محدود کامسول، فرکانس طبیعی یک مکانیزمِ طراحی شده ی سری و منعطفِ دو درجه آزادی با عملگرهای پیزوالکتریک مناسب جهتمیکروسکوپ نیروی اتمی، استخراج گردد. این مقدار با نتایج به دست آمده از نمونه ی ساخته شده همین مکانیزم مقایسه و صحت سنجی گردیده است. در حالت آزاد-آزاد فرکانس طبیعی بدست آمده از آنالیز مودال برابر با 5 / 202 هرتز است که بیانگر همبستگی مناسبی با مقدار حاصل از نرم افزار کامسول ( 96 / 214 هرتز) است. همچنین در ادامه به بررسی طراحی یک سیستم حلقه بسته برای این مکانیزم پرداخته می شود. برای مدلسازی هیسترزیس عملگرهای پیزوالکتریک از مدل بوک-ون 1 و برای شناسایی این مدل از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرا ت بهره گرفته شده است. این الگوریتم توانسته تا با خطای RMS ، 0/7 میکرومتر مدلی را به داده های واقعی برازش کند. برای این مکانیزم ازکنترل زنجیره ای استفاده شده است. حلقه ی اولیه دارای مدل مکانیزم به صورت یک سیستم دو ورودی (جابجایی عملگرهای پیزوالکتریک) دو خروجی (جابجایی نمونه در دو راستا) و کنترل کننده ی پیش بینی مدل 4 بوده که سیگنال کنترلی آن وارد حلقه ثانویه دارای عملگرهای پیزوالکتریک و کنتر لکنندههای PI می شود. این سیستم توانسته است مسیرهای سینوسی با دامنه ی 80 میکرومتر و فرکانس 40 هرتز و 30 هرتز را به ترتیب با خطای RMS 6 / 0 و 44 / 0 میکرومتر در محیط شبیه سازی طی کند.

Keywords:

فرکانس طبیعی , میکروسکوپ نیروی اتمی , آنالیز مودال , مکانیزم منعطف دو درجه آزادی , پیزوالکتریک , هیسترزیس , مدل بوک -ون , الگوریتم انبوه ذرات , کنترل زنجیره ای , کنترل پیش بینی مدل