[发明专利]一种压电驱动纳米定位平台的控制方法及相关装置在审

专利信息
申请号: 201910515632.4 申请日: 2019-06-14
公开(公告)号: CN110161843A 公开(公告)日: 2019-08-23
发明(设计)人: 洪梓杰;须颖 申请(专利权)人: 广东工业大学
主分类号: G05B11/42 分类号: G05B11/42
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 高勇
地址: 510060 广东省*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 定位平台 压电驱动 闭环控制系统 原始输入信号 控制参数 计算机可读存储介质 输出信号确定 迟滞非线性 输入整形器 负载条件 技术效果 控制系统 滤波处理 输出滤波 输出信号 系统参数 相关装置 运动性能 振动特性 低阻尼 非对称 申请
【说明书】:

本申请公开了一种压电驱动纳米定位平台的控制方法,包括接收原始输入信号并利用非对称SI输入整形器对原始输入信号进行滤波处理后输出滤波处理后的输入信号至闭环控制系统;其中,闭环控制系统包括PD控制器与压电驱动纳米定位平台;获取闭环控制系统的输入信号与闭环控制系统的输出信号,并根据输入信号与输出信号确定PD控制器的控制参数的调节值;基于调节值修改PD控制器的控制参数。该方法可有效克服迟滞非线性、低阻尼振动特性及变负载条件下系统参数发生改变对系统定位速度和精度的影响,保障压电驱动纳米定位平台的运动性能。本申请还公开了一种压电驱动纳米定位平台的控制系统、装置以及计算机可读存储介质,均具有上述技术效果。

技术领域

本申请涉及精密定位技术领域,特别涉及一种压电驱动纳米定位平台的控制方法;还涉及一种压电驱动纳米定位平台的控制装置、系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

以压电驱动纳米定位平台为代表的精密定位技术已日益成为诸如半导体超精密加工/量测、精密材料科学、生命科学显微操作、扫描显微镜技术等高科技产业及交叉学科领域的关键技术。压电驱动纳米定位平台是以压电陶瓷驱动器驱动并以柔性机构作位移导向、高性能电容传感器作位置检测的精密运动定位系统。压电陶瓷驱动器响应速度快、分辨率高、驱动力大,是精密运动定位系统的首选驱动元件。柔性机构结构紧凑、无间隙、无摩擦、无需润滑,由压电陶瓷驱动器和柔性机构组成的定位系统,能够实现普通电机伺服系统难以达到的高精度定位。然而,压电陶瓷驱动器的蠕变和磁滞非线性极大地降低了系统的定位精度,甚至导致系统的不稳定。压电驱动纳米定位平台高刚度、低阻尼的机械结构特性又会导致低阻尼谐振模态的存在。为避免高频输入信号激发压电驱动纳米定位平台产生不必要的谐振振动而影响定位精度,在实际应用中,输入信号的频率往往被限定在压电驱动纳米定位平台的最低共振频率的1/100到1/10之间,从而限制了系统的定位速度。另外,在工业现场中,系统的外部干扰等都会影响系统运行性能,特别是对于压电驱动纳米定位平台载重负载需要实时变化的应用情况,压电驱动纳米定位平台工作前调制好的控制参数在负载发生变化后不再适用,从而使系统不满足期望的运动性能。若停止系统运行再重新调整控制参数,不仅会大大降低工作效率,而且有些情况下往往不允许如此操作。

为克服迟滞非线性、低阻尼振动特性和变负载条件下系统参数发生改变等对系统定位速度和精度的影响,目前存在多种解决方案:针对压电驱动运动平台的迟滞非线性控制,现有技术包括电荷驱动控制、基于迟滞逆模型补偿的控制、闭环反馈控制。针对压电驱动运动平台低阻尼谐振振动的控制,现有技术包括陷波滤波法、振动逆模型前馈控制法。虽然在一定程度上上述现有技术方案可以缓解迟滞非线性、低阻尼振动特性等对系统定位速度和精度的影响,但是却均存在不同的技术缺陷,例如:电荷驱动控制方案中的电荷放大器设计复杂、成本高难以实现普及性应用。基于迟滞逆模型补偿的控制方案,受迟滞逆模型的精确度制约且不利于工程应用。振动逆模型前馈控制法需要被控系统的模型完全精确已知,否则会严重影响系统振动抑制的效果,并且对高频噪声和高频未建模动态具有放大作用。陷波滤波法在系统模型存在不确定性或系统运行过程中由干扰因素导致的模型参数变化都会使谐振抑制效果快速下降。

因此,如何解决上述技术缺陷是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种压电驱动纳米定位平台的控制方法,能够有效克服迟滞非线性、低阻尼振动特性和变负载条件下系统参数发生改变对系统定位速度和精度的影响,保障压电驱动纳米定位平台的运动性能;本申请的另一目的是提供一种压电驱动纳米定位平台的控制系统、装置以及计算机可读存储介质,均具有上述技术效果。

为解决上述技术问题,本申请提供了一种压电驱动纳米定位平台的控制方法,包括:

接收原始输入信号并利用非对称SI输入整形器对所述原始输入信号进行滤波处理后输出滤波处理后的输入信号至闭环控制系统;其中,所述闭环控制系统包括PD控制器与压电驱动纳米定位平台;

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