宏/微定位平台控制系统设计

论文摘要

本文密切结合中国博士后基金项目——金凸点剪切断丝高速共面的非线性控制方法研究,以哈尔滨工业大学机器人研究所开发的高速度高精度宏/微定位平台为研究对象,利用系统辨识、现代控制理论和智能控制理论等工具,探讨和研究根据系统动力学结构及利用频率响应辨识建立宏/微定位平台数学模型的方法,设计具有纳米级定位精度及微秒级响应速度的宏/微定位平台控制系统。本文辨识过程采用增量迭代Levy法辨识宏微定位平台系统模型参数,该方法基于Levy频域辨识法但保持原来的指标函数,克服了传统Levy法受实验误差影响较大的缺点,具有良好的收敛性。相比于传统方法,辨识精度有了较大提高。控制策略选择宏定位平台及微定位平台混合控制的控制策略,其中,宏定位平台采用模型参考输出反馈控制,无需全状态可量测,在系统参数可知的情况下仅利用宏定位平台输出位移即可实现对参考模型输出的完全跟踪,基于该控制器设计的宏定位平台能够达到阶跃响应调节时间短、超调量小、稳态无静差的控制要求;微定位平台以宏定位平台的定位误差为参考输入,其作用是补偿宏动平台的定位误差,宏微定位平台耦合控制后跟踪误差远高于宏动平台定位的微米级而达到纳米级。本文采用动态补偿器与DRFNN相结合的逆控制方法来控制微动定位平台,动态补偿器优化微动平台模型线性部分闭环极点位置,DRFNN补偿压电陶瓷电机的迟滞非线性,以哈工大机器人研究所开发的宏微定位平台作为被控对象进行仿真研究,仿真结果表明该控制策略能够有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性特性,控制后宏微定位平台阶跃响应上升时间达到十几毫秒,跟踪精度提高至纳米级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 高速高精度定位平台国内外研究现状
• 1.2.1 宏微定位平台应用背景及概述
• 1.2.2 机械结构设计及机电设备驱动方式研究现状
• 1.2.3 系统建模及控制策略研究现状
• 1.3 本论文研究内容
• 第2章 定位平台的总体结构分析及机理模型建立
• 2.1 系统建模概述及宏/微定位平台总体结构
• 2.2 宏定位平台结构及模型
• 2.2.1 直线音圈电机工作原理及模型
• 2.2.2 宏定位平台工作原理及动力学模型
• 2.3 微定位平台结构及模型
• 2.3.1 压电陶瓷工作原理及模型
• 2.3.2 微定位平台工作原理及动力学模型
• 2.4 本章 小结
• 第3 章 宏/微定位平台系统模型辨识
• 3.1 系统辨识的一般辨识方法
• 3.2 LEVY 方法辨识
• 3.2.1 传统LEVY 辨识法
• 3.2.2 增量迭代LEVY 辨识法
• 3.3 宏/微定位平台实验辨识
• 3.3.1 频率响应实验及结果
• 3.3.2 宏/微定位平台线性模型参数辨识
• 3.4 本章 小结
• 第4章 宏/微定位平台控制设计
• 4.1 宏/微定位平台复合控制策略
• 4.2 宏定位平台控制设计
• 4.3 微定位平台控制设计
• 4.3.1 动态补偿器
• 4.3.2 模糊递归神经网络
• 4.4 本章 小结
• 第5章 宏/微定位平台控制系统仿真及结果分析
• 5.1 仿真结果及分析
• 5.2 本章 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢