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压电驱动纳米定位平台迟滞补偿与速度位置正反馈谐振控制

司马津甫 赖磊捷

司马津甫, 赖磊捷. 压电驱动纳米定位平台迟滞补偿与速度位置正反馈谐振控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.24-0201
引用本文: 司马津甫, 赖磊捷. 压电驱动纳米定位平台迟滞补偿与速度位置正反馈谐振控制[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.24-0201
SIMA Jinfu, LAI Leijie. Hysteresis compensation and positive velocity-position feedback resonance control of piezoelectric driven nanopositioning stage[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.24-0201
Citation: SIMA Jinfu, LAI Leijie. Hysteresis compensation and positive velocity-position feedback resonance control of piezoelectric driven nanopositioning stage[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.24-0201

压电驱动纳米定位平台迟滞补偿与速度位置正反馈谐振控制

doi: 10.12299/jsues.24-0201
基金项目: 上海市自然科学基金(21ZR1426000)
详细信息
    作者简介:

    司马津甫(1999 − ),男,硕士生,研究方向为微纳米定位技术。 E-mail:smajinfu@163.com

    通讯作者:

    赖磊捷(1984 − ),男,副教授,博士,研究方向为微位移驱动控制、微纳制造装备等。E-mail:lailj@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TN384

Hysteresis compensation and positive velocity-position feedback resonance control of piezoelectric driven nanopositioning stage

  • 摘要: 为解决压电驱动纳米定位平台的迟滞问题与低阻尼谐振问题,构建了三自由度压电驱动纳米定位平台实验系统,分析定位平台的迟滞和谐振特性。建立率相关Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,对逆模型进行参数辨识,通过开环和闭环前馈补偿实验验证了模型的有效性和准确性。采用基于巴特沃斯滤波器形式的极点配置方法,设计了积分跟踪控制器和速度−位置正反馈阻尼控制器的参数,并验证了阻尼控制器的有效性。通过复合控制方法进行轨迹跟踪实验,实验结果表明,该方法显著提升了压电定位台的跟踪精度与速度,证明所提控制方法的有效性。
  • 图  1  实验系统

    Figure  1.  Experimental system

    图  2  率相关迟滞及谐振特性

    Figure  2.  Rate-dependent hysteresis and resonance characteristics

    图  3  PI逆模型参数辨识结果

    Figure  3.  Identification results of inverse PI model parameters

    图  4  系统控制框图

    Figure  4.  System control block diagram

    图  5  开环与闭环轨迹跟踪结果

    Figure  5.  Open-loop and closed-loop trajectory tracking results

    图  6  平台辨识结果与实际频响对比

    Figure  6.  Comparison of frequency response between stage identification results and actual results

    图  7  PVPF控制框图

    Figure  7.  PVPF control block diagram

    图  8  平台频响特性对比

    Figure  8.  Comparison of stage frequency response characteristics

    图  9  阶跃信号跟踪实验

    Figure  9.  Step signal tracking experiment

    图  10  复合控制框图

    Figure  10.  Composite control block diagram

    图  11  余弦信号轨迹跟踪结果

    Figure  11.  Cosine signal trajectory tracking results

    表  1  迟滞逆模型辨识参数

    Table  1.   Identification parameters of inverse hysteresis model

    变量 数值 变量 数值
    a1 0.002 0 b4 −0.058 6
    a2 1.291 0 b5 −0.009 7
    a3 0.006 8 b6 −0.023 9
    a4 0.007 3 b7 −0.020 9
    b1 −0.136 5 b8 0
    b2 −0.150 1 b9 −0.005 3
    b3 −0.129 8 b10 −0.209 8
    下载: 导出CSV

    表  2  余弦信号跟踪误差

    Table  2.   Cosine signal tracking error 单位:μm

    模型 最大误差 均方根误差
    PVPF 1.446 6 0.978 7
    PVPF + 逆模型前馈 0.931 6 0.486 8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-12
  • 网络出版日期:  2026-02-02
  • 刊出日期:  2025-12-01

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