喻曹丰1,2 张奇龙1 杨坤1 魏益军1 胡升阳1
1.安徽理工大学 机电工程学院,安徽 淮南 232001;
2.浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室,浙江 杭州 310027
YU Caofeng1, 2 ZHANG Qilong1 YANG Kun1 WEI Yijun1 HU Shengyang1
1.School of Mechatronic Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,Anhui,China;
2.State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems,Zhejiang University,Hangzhou 310027,Zhejiang, China
摘要:
宏微复合驱动器作为精密定位平台的核心部件,其控制精度直接影响平台的性能。为提高宏微复合驱动器的控制精度,提出了一种主从结构的双环复合控制策略。在宏动控制环设计中,基于电磁力驱动原理建立动力学模型,分别采用粒子群优化算法(PSO)整定的线性二次型调节器(PSO-LQR)和传统LQR构建控制器,通过数值仿真与实验测试的对比分析,验证了PSO-LQR控制器在外环控制中具有更高的位移定位精度。在微动控制环设计中,基于线性压磁方程建立动力学模型,通过融合指数趋近律与双曲正切函数设计了非奇异终端滑模控制器作为内环,有效抑制了系统抖振现象。为验证所提控制策略的有效性,结合激光干涉仪搭建了宏微复合定位实验平台,并开展其定位性能的实验。实验结果表明,在相同的条件下,与传统LQR控制器相比较,PSO-LQR控制器在阶跃定位和位移跟踪方面具有优越性;微动部分能够实现1 μm的步进,而不会产生位移过冲。当定位目标为15 μm时,在非奇异终端滑模控制器控制下的位移误差约为0.24 μm,有效抑制了系统抖振。宏微复合定位方面使用激光干涉仪对光栅位移传感器进行闭环校准,并进行了重复性实验,最终定位精度在370 nm。