[0001] 本发明是一种实验用控制台，特别是涉及一种实验室控制平台。

[0002] 国外在超精密平台的设计研究起步的比较早。这促进了国外发达国家对精密平台及其相关科学的研究美国国家关键技术委员会将纳米技术列为政府重点支持的22项关键技术之一，美国国家基金会亦将纳米技术列为优先支持的关键技术之一，美国许多著名大学都设有纳米技术研究机构，如北卡罗莱纳大学的精密工程中心，康乃尔大学的国家纳米加工实验室，路易斯安那大学的微米制造中心等等。日本把纳米技术作为ERATO计划中6项优先高技术探索项目之一，投资2亿美元发展纳米技术；筑波科学城的交叉学科研究中心把纳米技术列入2个主要发展方向之一。英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，在英国的Cranfield大学成立了以纳米技术为研究目标的精密工程中心。欧洲的其它国家也不示弱，把纳米技术列入了“尤里卡计划”。

[0003] 在上世纪80年代中后期，国内学者相继提出了宏微双重驱动技术，纷纷发表学术论文展开研究讨论，目前它是实现大行程、高精度定位的一种有效手段。例如清华大学教授吴鹰飞、周兆英(清华大学精密仪器与机械学系)的《压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位》一文中就详细介绍 了压电元件和柔性铰链的概念与特点,列举压电元件与柔性铰链机构结合实现超精密定位的典型例子，包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑，还提出了单驱动多自由度运动机构,应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动，并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。

[0004] 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所的叶树亮，谭久彬博士的《具有纳米分辨力二维超精密定位系统的研制》一文针对传统超精密定位系统存在位移灵敏度、系统频响及重复定位精度难以兼顾的问题，设计并研制了一种具有纳米分辨力的二维超精密定位系统。系统集成平行四连杆结构双柔性二维工作台无间隙传动、双极性可伸缩压电陶瓷微位移驱动和纳米精度电容位移监测等先进技术，在微处理器控制下可实现纳米量级的定位。为改善传统PID控制方法存在的精度低、实时性差等缺陷，提出了一种结合定位过程中各阶段系统不同响应特性的比例、积分和微分(PID)参数自适应控制算法。

[0005] 哈尔滨理工大学机械动力工程学院的孟兆新，胡乃文两位在《三维精密定位工作台的控制系统的研究》一文中对三维精密工作台快速定位系统的控制原理及结构组成进行了研究,并对系统进行理论和实验分析。为了实现高精度的快速定位，系统采用了独立伺服控制技术以及变结构的PID自适应控制算法，达到了满意的定位精度。

[0006] 综上所述，从国内外的研究现状来看使用宏微结合的模式再配合陶瓷压电执行器。采用两级传动机构的超精密平台是比较容易实现和切合实际的一种超精密平台设计方法。这种方案在学校中为学生精密试验、实验都能提供足够的帮助。

[0027] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

[0028] 实施例：

[0029] 一种实验室控制平台(参见附图1、附图2、附图3、附图4和附图5)，由电源供电，包括平台、平台传动器、平台电机、平台电机驱动器、平台位移检测装置、平台控制器、通讯电路、控制电脑、D/A转换器、驱动电路、压电陶瓷执行器、执行器位移检测装置和A/D转换器，所述平台控制器通过通讯电路与控制电脑电连接，所述平台控制器通过平台电机驱动器与平台电机连接，所述平台电机的输出轴通过平台传动器与平台机械连接，所述平台位移检测装置配设在所述平台电机的输出轴上，平台位移检测装置的输出端与平台控制器电连接，所述控制电脑通过D/A转换器与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与压电陶瓷执行器连接，对应压电陶瓷执行器配设有执行器位移检测装置，执行器位移检测装置通过A/D转换器与控制电脑电连接。所述控制电脑为配设有误差变换模块、自适应控制模块和迟滞控制模块的控制电脑，所述误差变换模块的输入量为给定量和执行器位移检测装置的反馈值，所述误差变换模块的输出至与自适应控制模块的输入值连接，所述自适应控制模块的输出至迟滞控制模块，迟滞控 制模块的输出值输出对压电陶瓷执行器进行控制。所述迟滞控制模块包括迟滞模块、迟滞算子模块和神经网络模块，迟滞模块、迟滞算子模块的输入端均与自适应控制模块的输出端连接，神经网络模块的输入端与迟滞算子模块的输出端连接，神经网络模块的输入端还与自适应控制模块的输出端连接，迟滞模块输出正反馈值与神经网络模块输出的负反馈值共同输入神经网络模块的反馈端。所述神经网络为包含若干个神经元模块的两层结构，所述两层结构为一个隐层和一个输出层，所述每个神经元模块均包括激励函数模块和权值模块；误差变换模块是将系统误差通过变换处于预先设定在期望的误差范围内；自适应控制模块输入信号为误差变换后的误差，对转换的误差进行实时控制和调整，神经网络输出端输出控制信号对压电陶瓷执行器进行控制。所述平台控制器为51单片机，所述通讯电路包括MX232芯片和九针接口，所述51单片机的通讯串口依次通过MX232芯片和九针接口与控制电脑电连接。所述平台电机驱动器包括PWM波形产生电路和信号处理电路构成，所述PWM波形产生电路由74LS373芯片和8253芯片组成的，所述平台控制器通过74LS373芯片与8253芯片的输入端连接，8253芯片的输出端通过信号处理电路与所述平台电机电连接。所述信号处理电路包括L298N芯片、74ALS04芯片、电阻R1、光耦U2、电阻R2、电阻R3、电阻R8、三极管Q1、与门U3和与门U4，74ALS04芯片的输入端与平台控制器连接，74ALS04芯片的输出端通过电阻R1与光耦U2的输入端连接，光耦U2的输出端通过电阻R2接地，光耦U2的输出端通过电阻R3与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R8与电源 连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极还与与门U3的第二输入端连接，三极管Q1的集电极还与与门U4的第一输入端连接，与门U3的第一输入端和与门U4的第二输入端分别与平台控制器的输出端连接，与门U3的输出端和与门U4的输出端分别与L298N芯片连接，L298N芯片的输出端与平台电机连接。所述平台位移检测装置包括配设在平台上的光栅尺和光栅尺电路，所述光栅尺电路包括发光二极管D2、光敏二极管D1、电阻R10、电阻R11、电阻R4、电阻R5、电阻R3、电阻R6、电阻R14、电阻R17、运放TAA861、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，电源通过电容C4接地，发光二极管D2的阳极通过电阻R10与电源连接，发光二极管D2的阴极接地，光敏二极管D1的阴极与电源连接，光敏二极管D1的阳极通过电阻R11接地，光敏二极管D1的阳极通过电容C3与运放TAA861的正输入端连接，运放TAA861的正输入端还依次通过电阻R13和电阻R4与电源连接，运放TAA861的正输入端还依次通过电阻R13和电阻R5与接地，运放TAA861的负输入端依次通过电阻R6和电容C2接地，运放TAA861的负输入端依次通过电阻R14和电阻R17与电源连接，运放TAA861的输出端通过电容C1与运放TAA861的反馈端连接，运放TAA861的输出端输出用于与平台控制器连接的反馈信号。

[0030] 本实施例中的迟滞控制模块用于模拟压电陶瓷执行器迟滞非线性特性，神经网络建模模块为两层结构，包括一个隐层和一个输出层，包含多个神经元模块(包括激励函数模块和权值模块)；误差变换模块的功能是将 系统误差通过一定的变换，预先设定在期望的误差范围内；自适应控制模块输入信号为误差变换后的误差，对转换的误差进行实时控制和调整；压电陶瓷执行器动态系统模块为压电陶瓷执行器系统的动力学模型。具体步骤如下：搭建压电陶瓷执行器的神经网络迟滞模型。自适应控制输出信号v和动态迟滞算子输出信号f(v)连接到神经网络建模模块，动态迟滞算子表达式如下所示：

[0031]

[0032] vp表示与当前输入相邻的先前输入极值；f(vp)表示输入极值vp为设定值时的输出极值；α，β为可调参数。

[0033] 通过上述公式的迟滞算子，将迟滞的多映射特性转化为一一映射，给定改进的激T励函数模块Φ(v,f(v))和权重模块W＝[w1,w2,…wi]，以保证神经网络迟滞模型输出有界。神经网络迟滞模型输出为公式为：

[0034] Ψ(v)＝Γ(v,f(v))＝NN(v,f(v))+ε＝WTΦ(v,f(v))+ε

[0035] 本实施例提供了一种简单方便，成本低廉的实验室控制平台,实现简单，控制精准，适合大学生各种实验。

[0036] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。