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
1 东南大学 自动化学院, 江苏 南京 210096
2 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
3 上海师范大学 信息与机电工程学院, 上海200234
4 桂林航天工业高等专科学校 信息工程系, 广西 桂林 541004
为了提高精密定位系统中压电陶瓷的控制精度, 研究了压电执行器的动态模型及逆模型。根据Weierstrass第一逼近定理, 提出了以多项式函数逼近Duhem模型中的分段连续函数f(·)和g(·), 并应用递推最小二乘算法辨识Duhem模型的参数α 及f(·)和g(·)的多项式系数, 建立了压电陶瓷执行器的非线性参数化动态模型。利用辨识结果建立压电陶瓷执行器的动态逆模型, 避免对压电陶瓷执行器进行复杂的模型求逆; 介绍了通过逆补偿和PID复合控制对压电陶瓷系统进行的控制。实验结果表明: 仅通过逆补偿, 可在0~200 μm使得控制绝对误差小于0.8 μm; 在前馈逆补偿和PID环控制下, 绝对误差可小于40 nm, 结果验证了算法的有效性。该算法结构简单, 适应性强, 便于工程实现。
压电陶瓷执行器 Duhem模型 Weierstrass多项式逼近 递推最小二乘法 动态迟滞模型 动态逆迟滞模型 逆补偿 piezoceramic actuator Duhem model Weierstrass polynomial approximation recursive least square dynamic hysteresis model dynamic inverse model inverse compensation
1 山东大学 控制科学与工程学院,山东 济南 250061
2 泰山学院 物理与电子科学系,山东 泰安 271021
为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30 μm的定位范围内以±900 V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16 μm,最大误差为0.38 μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。
压电微动工作台 运动定位 动态迟滞模型 PI迟滞模型 扫描探针显微镜 piezopositioning stage dynamic positioning dynamic hysteresis model PI hysteresis model scanning probe microscope
