山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255049
针对因压电陶瓷固有的迟滞特性降低了压电陶瓷平台定位精度问题，该文提出一种基于前馈补偿的复合控制系统。首先建立前馈模型，提出并应用一种分段式的Prandtl-Ishlinskii模型，增加拟合精度，同时避免了复杂的求解过程，并求出迟滞逆模型，其建模误差率可达0.69%; 其次，对反馈回路设计了串联比例-积分(PI)数字电路、正弦激励电路及电容转换电路，进一步提高了压电陶瓷定位平台的控制精度。根据国标GB/T 38614—2020的测试标准进行实验测试，结果表明，在设计的复合控制系统控制下，压电陶瓷定位平台正、反向重复定位精度分别为0.013 1 μm和0.015 5 μm，准确度为0.033 5 μm，在计算出反向差值后得出迟滞误差为0.013%。与仅有前馈控制相比，其控制精度提高了79.57%。
压电平台 复合控制 前馈补偿 电容传感器 PI控制 piezoelectric platform compound control feedforward compensation capacitance sensor PI control
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(6): 060602
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100192
为了改善光电精跟踪系统的动态响应特性，采用预先修正方法对快速执行器件音圈电机快反镜进行优化控制。在快反镜的闭环控制回路中增设前馈环节，根据目标探测与识别环节给出的脱靶量实施预测式调节控制，以加快执行速度;介绍了基于快反镜的光电精跟踪系统的一般构成与工作原理，给出了音圈电机快反镜的闭环控制模型，并执行了前馈-反馈控制方法; 搭建了包括目标模拟、目标成像探测与识别、目标快速跟踪等功能部件的实验系统，对上述方法进行了实验测试。结果表明，系统延迟由2.9 ms缩短至0.8 ms，系统带宽由20 Hz提高至45 Hz。该方法可以大幅压缩光电精跟踪系统的时间延迟，提高系统带宽。
激光技术 音圈电机 快反镜 前馈-反馈控制 laser technique voice coil actuator fast steering mirror feedforward-feedback control
在高速接口电路中，接收机通常采用连续时间线性均衡器(Continuous-Time Linear Equalizer，CTLE)消除符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)对信号传输的影响。为提高CTLE电路的高频增益和减少芯片面积，基于UMC(United Microelectronics Corporation)28nm工艺，设计了一款最大速率为50Gbps的CTLE电路，其主体电路由跨导级联跨阻抗(Trans-Admittance Trans-impedance，TAS-TIS)结构和前馈路径的两级CTLE电路构成。在传统CTLE的基础上，使用有源电感做负载，以反相器为基础构建跨阻放大器和在输入管增加前馈通路等方式，有效地扩展了电路的工作频率。仿真结果显示，均衡后40Gbps PAM4(4-Level Pulse Amplitude Modulation)信号、50Gbps PAM4信号和28Gbps NRZ(Non Return Zero Code)信号的眼图眼宽分别达到了0.68，0.5，0.92个码元间隔(UI)，可满足后级电路对于输入信号的要求，对提升整体传输数据速率具有重要的意义。
连续时间线性均衡器 跨导级联跨阻抗 跨阻放大器 前馈通路 continuous-time linear equalizer (CTLE) trans-admittance transimpedance (TAS-TIS) transimpedance amplifier (TIA) feed-forward path
1 南京理工大学 机械工程学院，江苏南京20094
2 吉林大学 机械与航空航天工程学院，吉林长春13005
3 上海交通大学 机械与动力工程学院，上海200240
三轴快速刀具伺服（Fast Tool Servo， FTS）具有更高的刀具空间运动柔性，逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响，研究综合补偿策略实现三轴空间轨迹的高性能跟踪控制。以陷波滤波器抑制系统高频谐振，以前馈解耦补偿弱化平面轴间耦合；针对法应力电磁驱动和压电驱动的迟滞非线性，提出以线性动力学模型级联Prandtl-Ishlinskii模型描述各轴的动态迟滞特性，并构建无需直接求逆的迟滞前馈补偿模型，实现系统的迟滞非线性补偿。谐波扫频测试结果表明：所采用的陷波滤波器可以很好地消除高频谐振，前馈解耦补偿可将平面XY轴间的耦合幅值降低约14 dB。宽频域内迟滞建模结果表明：平面XY轴和Z轴的动态迟滞建模误差分别小于±2.2%和±1.8%。以PID为主控制器，对宽频谐波（10~100 Hz）的跟踪结果表明：采用综合补偿策略获得各轴的最大跟踪误差约为仅采用逆动力学前馈补偿的25%~50%，进一步对空间螺旋球面轨迹进行了跟踪测试，证明了所构建的综合补偿控制策略的有效性。
快速刀具伺服 轨迹跟踪控制 陷波滤波器 前馈解耦补偿 动态迟滞模型 fast tool servo trajectory tracking control notch filter feed-forward decoupling compensation dynamic hysteresis model 光学 精密工程
2023, 31(15): 2236
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220665
山东理工大学 机械工程学院, 山东 淄博 255049
针对压电陶瓷(PZT)位移平台因迟滞特性而降低系统定位精度的问题, 该文采用了一种带有前馈补偿的复合型控制方法。首先建立前馈模型, 提出了一种分段式Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型, 并对所建平台迟滞模型求逆, 其建模误差率在0.7%内; 然后针对闭环回路设计了串联比例-积分(PI)模拟电路、滤波电路和检测电路, 进一步提高了控制系统的响应速度和控制精度。实验结果表明, 压电陶瓷位移平台在频率为100 Hz, 行程为0~140 μm的情况下, 基于前馈补偿的复合控制系统的平均绝对误差为0.039 μm, 最大误差为0.16 μm; 与仅有前馈控制相比, 其控制精度提高了73.76%。
压电陶瓷 前馈补偿 P-I模型 复合控制 PI控制 piezoelectric ceramics feedforward compensation Prandtl-Ishlinskii(P-I) model composite control PI control
宁波大学 机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
为了降低压电微动平台的动态迟滞误差对平台定位精度的影响, 该文设计了基于率相关迟滞逆模型的前馈控制器对其进行迟滞补偿。首先, 在对平台受力分析和运动分析的基础上建立平台的动力学模型; 其次, 在经典Prandtl-Ishilinskii(PI）模型的基础上加以改造, 得到Modified Prandtl-Ishilinskii(MPI)模型, 并将MPI模型与平台的线性动力学模型串联, 得到分离式率相关MPI模型, 进而基于率相关MPI逆模型建立平台的前馈控制器; 最后, 对所设计的控制器进行阶跃响应和正弦轨迹跟踪实验。实验结果表明, 所设计的控制器具有较好的定位精度与跟踪性能, 可以有效地补偿压电微动平台的动态迟滞误差。
微动平台 迟滞建模 率相关 前馈控制 micro-positioning stage hysteresis model rate dependence feedforward control
1 北京智芯微电子科技有限公司, 北京 100192
2 电子科技大学 电子科学与工程学院, 成都 610054
3 国网浙江省电力有限公司, 杭州 310007
基于0.13 μm CMOS工艺，提出并设计了一种应用于三级全差分运算放大器中的新型共模反馈电路。将具有密勒补偿结构的典型两级全差分结构和源随器结构作为三级运算放大器的放大级，通过在共模反馈电路中引入前馈通路，产生的两个零点提高运放的稳定性，解决了传统共模反馈电路中多个极点难以补偿的问题。仿真结果表明，在1.2 V电源电压下，共模下增益为70.4 dB，单位增益带宽为56 MHz，相位裕度为85.5°。相比于传统无前馈电路，新型共模反馈电路的单位增益带宽和相位裕度分别提高了8.2 MHz和17.4°。具有这种共模反馈结构的运算放大器可以实现较低的电源电压和较好的相位裕度。
共模反馈 前馈通路 三级全差分运算放大器 频率补偿 common-mode feedback feedforward path three-stage fully differential operational amplifi frequency compensation
