磁驱动纳米定位平台时滞控制方法及实验

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纳米定位平台在微电子制造、精密测量以及微纳米机械加工等领域中广泛应用。精密测量及加工对定位平台的性能要求不断提高,要求在大行程的范围内实现纳米级的定位分辨率。传统的压电陶瓷驱动的定位平台定位精度高,但是行程只有微米级。宏-微结合的运动驱动方式虽然能够实现大行程范围内的纳米定位精度,但结构和控制复杂。针对以上问题,本文设计并搭建了平面电磁致动器驱动的纳米定位平台和半实物仿真系统,提出时滞控制器快速定位算法。首先,根据性能指标设计定位平台和致动器的机械结构,采用空气轴承作为动平台支撑,三个直线驱动单元实现平面内的驱动,选择平面光栅传感器作为位置传感器。其次,对驱动信号、反馈信号和通信信号进行电路设计,形成功率板、转换板和数据采集板,作为控制系统硬件。编写控制系统驱动程序,包括各信号的读取模块、通讯协议以及DMA模块等,基于MATLAB/Simulink Real-Time工具箱建立半实物仿真系统。提出时滞控制算法应用于电磁致动器,并对比PI控制器及PIDN控制器,采用直接积分法分析时滞控制器的稳定性,采用差分进化算法优化控制器的参数。最后,在平面三自由度纳米定位平台上对作用力进行解耦,采用时滞控制器对平台进行控制,对点到点运动进行三阶轨迹规划,验证平台的定位分辨率和行程。
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