X-Y定位平台自适应神经网络的摩擦补偿控制

针对X-Y定位平台中摩擦等非线性部分对控制精度的影响问题,提出了基于自适应神经网络的鲁棒控制策略。设计神经网络控制器对摩擦及干扰等不确定部分进行补偿,其网络逼近误差作为外界扰动通过鲁棒控制器消除,保证X-Y平台的定位精度;设计神经网络参数学习算法,保证权值的在线自适应实时调整。基于H∞的HJI理论证明了控制系统的稳定性,并保证了系统L2增益小于给定的指标。试验结果表明所提控制方法能够很好补偿摩擦模型,提高了定位精度,具有重要工程应用价值。     

基于超声电机的X-Y精密定位工作台

超声电机是一种新型的微型电机,与传统的电磁电机相比它具有很多优点.基于这些优点超声电机可以在诸如定位、跟踪等方面有较好的应用.本文将超声电机作为于定位工作台的驱动部件,由两台行波型超声电机分别带动工作台的X、Y轴上的滚珠丝杠旋转,实现X-Y工作台的精确定位,定位精度可以达到2微米.     

音圈电动机驱动的快速精密定位系统设计与控制方法研究

针对传统驱动方式在快速定位方面的不足,研制一种基于音圈电动机驱动的快速精密定位系统,分析定位系统的关键部件--气浮滑块的承载力和刚度,设计能够满足音圈电动机和气浮滑块的、高精度联接要求的仿球形联轴器.研究快速定位系统的控制方法,通过比例积分微分(PID)预测补偿、模糊预测补偿来修正定位误差.在此基础上,测试快速精密定位系统的综合性能,实验结果表明,所设计的定位系统能够满足高精度和高频响的运动要求.     

电磁驱动柔顺微定位平台闭环频域逆迭代学习控制

为了克服音圈电机电磁驱动柔顺微定位平台在大行程范围内存在的低阻尼谐振和动力学特性差异等问题,利用综合数据驱动频域逆迭代前馈补偿和含相位超前校正PI反馈控制的复合闭环频域逆迭代学习控制方法对其进行高速高精控制。首先,搭建了音圈电机驱动双平行四边形柔性机构微定位系统,并针对不同工作点位进行了动力学模型辨识。然后,为提高系统相对稳定性,设计了含相位超前校正环节的PI反馈控制器。同时,利用输入输出数据对系统频响函数进行在线逆估计并进行前馈补偿,来进一步消除谐振的影响。最后,利用所提出的控制方法进行了跟踪实验并与其它方法进行了对比。实验结果表明,提出的控制方法对三角波期望轨迹的最大跟踪误差为0.175%,相比于PID控制、相位超前PI控制、传递函数逆模型前馈控制,跟踪均方根误差分别减少了8.75,5.43和2.21倍,能够较好满足大行程微纳米定位跟踪精度高、速度快、抗干扰能力强的要求。     

高精度定位平台X-Y方向振动误差补偿

为了减小定位平台在X,Y方向的振动误差,实现高精度定位,搭建了宏微结合精密定位系统,由高性能直线电机驱动,气体静压导轨支撑和导向的宏动平台实现系统的大行程微米级定位,并由安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动的微动平台对系统进行定位精度补偿。建立了定位系统机电耦合振动模型,采用比例积分微分(proportion integral derivative,简称PID)控制与最小节拍响应控制相结合的策略控制宏动平台,采用前馈-PID控制驱动微动平台,通过电容式微位移传感器实时检测定位系统终端的位置输出信号作为微动台的输入信号,实现定位系统的闭环反馈控制,达到宏动平台的振动误差实时补偿的目的。实验结果显示,所设计的微动补偿平台具有良好的动态特性,定位系统具有良好的误差实时补偿效果,针对X,Y向的振动范围由补偿前的4和3.5μm,补偿后减小到1μm的范围内。结果表明,所研究的振动误差补偿方法可以有效减小定位系统的振动误差,提高系统的定位精度。     

基于扰动前馈补偿的超精密机床伺服控制技术研究

为消除超精密机床伺服系统中各种扰动力矩及系统参数波动对控制系统性能的影响,研究了基于扰动前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法。利用扰动前馈控制器实时补偿系统中的扰动力矩,而利用常规反馈控制器保证了系统的良好的动态特性,并将其应用于实际系统中。实验表明该控制策略使系统跟踪速度信号时对各种扰动有良好的抑制能力,系统的最大稳态跟踪误差小于±20nm。     

X-Y直线电机精密运动平台的轮廓误差主动补偿

为了减小X-Y直线电机精密运动平台同步控制的轮廓误差,提高系统的控制精度,针对传统交叉耦合控制结构的不足,提出多电机控制系统的轮廓误差主动补偿结构。首先,以永磁同步直线电机为例分析单轴伺服定位跟踪误差,指出跟踪误差和位置参考有关,结合实际工况中参考指令的扰动,将耦合补偿量最终统一为参考指令的校正加入到系统中,提出轮廓误差主动补偿结构,将轮廓误差补偿量分别补偿到各轴伺服的位置环和速度环,并通过仿真和实验进行验证。结果表明:采用主动补偿方法的X-Y两轴运动平台跟踪大曲率复杂轨迹的轮廓误差平均值为20.68μm;单轴跟踪误差最大值为70μm。相比传统交叉耦合控制结构,主动补偿结构轮廓误差精度提高了15.5%,同时降低了单轴的跟踪误差,并能抑制参考指令扰动。     

基于音圈电机驱动的精密定位系统

对研制用于快刀加工的精密定位系统,分析其数学模型,研究其控制策略。该系统采用音圈电机直接驱动,空气静压导轨支撑,光栅尺实时检测。所设计的系统达到50mm行程上0．5μm定位精度以及100Hz以上的响应速度。     

杆式旋转超声电机在精密定位平台上的应用

介绍了一款杆式旋转超声电机,它由一个定子和两个转子构成,利用两个一阶弯曲振动模态工作。将该电机应用于驱动精密定位平台,并构建了基于计算机与GO-400运动控制器的精密定位平台控制系统。对于杆式超声电机,当利用专用驱动器供电,驱动器的输入电压为直流15V时,电机的空载转速为206r/min,堵转力矩为0.273N.m。对于精密定位平台,通过对电机进行正/反转控制、速度PID控制,实现平台的精密定位,定位精度达到2μm。进行了平台步进试验,其正/反向的位移分辨力都为1μm。利用旋转超声电机作精密定位系统的致动器时,可以采用旋转型光电编码器代替昂贵的直线型编码器,从而大大降低整个精密定位系统的价格。     

精密直线定位平台

进入21世纪以来，直线运动部件已经逐渐向复合化、轻量化与模块化发展，而精密直线定位平台正是这种发展趋势的代表。目前此类直线定位平台在多个领域已经有较广泛的应用，并由此类平台衍生出多种传动组合单元，使系统配置更加简单快捷。本文主要介绍有代表性的LS系列直线定位平台，如图1所示。     

利用补偿提高精密定位平台的定位精度

系统误差在较大程度上影响精密定位平台的定位精度,必须采取适当措施进行消除。反相补偿法可以大幅度消除系统误差的影响,是一种易行有效、花费较少的补偿手段。运用反相补偿法原理,从误差曲线中分离出系统误差并与其反相曲线叠加以消除系统误差的影响。给出了对精密定位平台宏动工作台和微动工作台进行补偿的具体实例,补偿后定位精度分别从17.4μm提高到1.3μm和从137.6 nm提高到22.2nm。理论分析和实验结果都表明,反相补偿法对于降低系统误差十分有效,但对于随机误差效果不佳。     

变转速泵控马达调速系统前馈补偿控制研究

针对变转速泵控马达调速系统稳速控制问题,建立了定量泵-变量马达调速系统数学模型。以数学模型为基础,考虑了系统变转速动力输入时变性和随机性对系统稳速输出的干扰,提出了前馈补偿控制方法,并对其数学模型进行了推导分析,得到了系统前馈补偿控制传递函数框图。该方法以系统流量为中间控制变量,通过定量泵扰动转速引起的系统流量变化实时补偿变量马达摆角,以实现系统稳速输出。以燕山大学泵控马达实验平台为基础,采用变频电机驱动定量泵实现了系统变转速输入,并以实验平台为基础搭建了Matlab/Simulink仿真平台,最后对所提出的前馈补偿控制方法进行了仿真与实验研究。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法具有良好的控制效果,为变转速泵控马达系统的工程应用奠定了基础。     

Submicrometer overshoot control of rapid and precise positioning

Precise-positioning technique is relatively well developed. However, it is still difficult to avoid an overshoot or to limit the overshoot within a submicrometer in a rapid and precise positioning. Inspired by recent studies on microdynamics, a control algorithm based on the variable structure control (VSC) method is proposed to achieve an overshoot smaller than 0.2 μm and rapid, precise positioning (a 0.5 mm 1 cm positioning with a steady-state error smaller than 30 nanometer in 0.5 s) with a linear motor drive stage. The stage is guided by a rolling ball guide and with a 10 nm resolution laser interferometer as its position sensor. Some characteristic values in the friction model of microdynamics are included to design the controller. Therefore, we found a way to achieve rapid, precise, and Small overshoot positioning by combining mechanism design system identification, lubrication, and controller design techniques.     

提高精密工作台定位精度的温度补偿研究

精密定位工作台温度的变化直接影响工作台的定位精度。通过建立精密定位工作台热膨胀模型,分析工作台在不同固定方式下的温度变化对定位精度的影响,给出了基于温度精密测量的工作台定位精度实时补偿方法,并通过实验对补偿方法的效果进行了验证,证明方法有十分明显的补偿效果。     

二维精密定位系统的误差分析与补偿

针对所设计的基于运动控制卡的精密定位平台,提出了一种测量系统总体误差状况的方法,通过对精密定位系统中宏动平台进行定位误差的测量和分析,根据测量的误差情况提出了误差补偿的方法,采用闭环控制对系统的误差进行补偿,使其定位精度得到了大幅的提高.     

旋转工作台快速精确等分定位方法的研究

在旋转工作台等分定位的研究中,传感器在工作台运动过程中的精确测量定位成为实验的关键.针对等分定位过程的要求,设计一种由单个传感器构成的自动测量系统,并阐明系统组成及其工作原理.     

一种三自由度并联纠偏平台的误差分析

锡膏印刷作为SMT工艺流程的第一道工序,也是SMT质量的基础。针对平台纠偏定位精度不高而导致印刷后PCB锡膏偏移的问题,从全自动锡膏印刷机定位平台的结构分析出发,根据其运动特性,建立纠偏系统的数学模型和纠偏量的误差模型,分析了并联平台产生系统误差的原因和作用过程;利用误差分析中的微分法,建立了纠偏平台随机误差的模型,分析了各重要尺寸对纠偏精度的影响,并根据纠偏精度计算出了构件精度要求,对关键构件的选型和实际生产装配要求有指导意义。     

Suppression of harmonic positioning errors in ball-screw drives using Adaptive Feedforward Cancellation

Harmonic positioning errors can negatively affect the positioning accuracy of the ball screw drive system. This paper addresses the problem of harmonic positioning error suppression in ball-screw drives using Adaptive Feedforward Cancellation (AFC). AFC method is integrated with the dual (i.e., rotational and translational) feedback structure used in ball-screw drives. The ability of AFC to quench harmonic positioning errors originating from multiple input sources is analyzed, considering the effects of the commanded trajectory, motor torque ripples, rotary encoder measurement errors, and lead errors coming from the ball-screw mechanism. A new approach for parameter tuning of the AFC resonators is proposed which considers both the performance deterioration issue at frequencies outside the target harmonics, and also the robust stability requirement in the sense of limiting the peak loop sensitivity value. Effectiveness of the proposed AFC scheme for ball-screw drives is validated in experiments, demonstrating successful rejection of time-periodic machining force disturbances, as well as mitigation of displacement-periodic lead error and misalignment type errors. In the case of machining force rejection, 50–78% improvement is achieved in the standard deviation of the translational positioning error. In the case of position dependent disturbances, the improvement is typically in the 10–20% range and is most effective during constant velocity motion.     

主动补偿式超低干扰力矩气浮转台的设计

由于微纳卫星反作用飞轮的输出力矩与气浮转台的干扰力矩属于同一量级,故无法直接采用气浮转台实现微纳卫星姿态动力学仿真及姿控系统的地面试验验证。为了解决这一问题,设计并研制了主动补偿式超低干扰力矩气浮转台。对气浮转台的干扰力矩进行分析,提出了3种减小干扰力矩的方法:通过优化设计,降低了黏滞阻尼力矩;通过配置斜向节流孔,并单独供气,产生大小可调的主动涡流以抵消气浮轴承的固有涡流,从而降低涡流力矩;利用气浮轴承的摆动特性实现高精度平衡调节,减弱了重力诱导力矩。最后,设计了微小力矩测量装置,测量了剩余干扰力矩并基于测试结果来指导涡流力矩和重力诱导力矩补偿过程。测试结果显示:气浮转台实现的干扰力矩小于5×10-5 Nm,小于反作用飞轮的最小输出1×10-4 Nm,满足微纳卫星姿态动力学及控制的地面验证需求。     

基于Halbach永磁阵列磁场的工作台定位方法

文中基于Halbach永磁阵列磁场磁通密度分布理论值与测量值均方根误差最小原则,提出了一种机械制造设备常用的工作台定位方法。实际应用结果表明,该方法简单易行,所用部件成本低廉,可显著提高工作台定位精度。该方法及其装置可用于新型工作台的设计制造,也可用于已有工作台的更新改造。