直线电机精密工作台运动控制器设计

为了提高精密工作台的轨迹跟踪精度和动态响应性能,基于辨识出的控制对象离散化模型,利用极点配置方法设计了精密工作台运动控制器的前馈环节和反馈环节,构成具有两自由度结构的精密工作台运动控制系统.通过实验,与PD＋加速度前馈的控制方式相比较,精密工作台静态定位误差提高了0.5 μm;当精密工作台以120 mm/s匀速运动时,轨迹跟踪精度提高了3 μm;定位建立时间缩短了10 ms.结果表明,采用极点配置方法设计的运动控制器具有较好的动态响应和轨迹跟踪性能.     

扰动观测器在空间光通信PAT系统中的应用

为了提高空间光通信PAT系统的扰动抑制能力,提出了一种基于扰动观测器的控制方法。该方法首先对PAT系统进行分析,得到简化的控制模型,然后利用扰动观测器从电机转动位置和光斑位置中观测出扰动,最后将扰动等效补偿量加入到电流环前的综合点。精跟踪系统的仿真实验结果表明:相比常规的PD控制器,加入扰动观测器使扰动隔离度在电机电流饱和前的几乎所有频率处都得到了提升,最优情况可达到28.2 dB;同时,该方法具有很强的鲁棒性,在系统物理参数变化15%时扰动隔离度依然比没有使用扰动观测器时提高了至少1倍。所述的控制方法显著提高了PAT系统的抗扰动性能,对大范围与高动态的精密光电跟踪系统有一定的参考价值。     

水下纯方位目标跟踪中的观测器机动航路对定位精度影响分析

针对在单站纯方位目标运动分析中观测器机动航路和定位与跟踪精度问题,基于目标定位跟踪精度下限CRLB,提出用精度几何散布GDOP作为优化性能指标,采用数值寻优计算的方法,对表达式较复杂的单观测器测向无源定位的定位误差下限进行数值计算,以找出影响定位精度的主要因素.分析了观测器航路对固定目标定位精度的影响效果,并且给出了匀速直线运动航路和恒提前角匀速运动航路对目标定位精度影响的仿真计算结果,表明航路对定位精度存在很大影响,可以通过优化观测器航路来提高系统可观测程度和改善定位与跟踪算法的性能.     

光刻机掩模台宏动定位系统的控制器设计

为给步进扫描光刻机的设计研究提供理论指导,解决光刻机掩膜台宏动平台的控制问题,采用直线电机设计了高速、高精密步进扫描光刻机的掩模台模拟宏动定位系统,并建立了整个直线运动平台的数学模型。根据该系统的特点和模型,还设计了一种不完全微分PID+干扰观测器的控制方式。运用MATLAB软件进行仿真,结果表明,在具有相同的扰动下,仅采用普通PID控制,系统跟踪误差在±0.025 mm范围内变化,而采用该控制方式,系统跟踪误差在±0.015 mm的范围内变化,后者比前者具有更好的控制性能,因而可以使系统得到较好的抗干扰能力、跟踪性能和控制效果。     

单观测器无源定位误差下界的仿真分析

单观测器无源定位所能达到的最优定位精度与观测器的运动速度、运动轨迹、测量精度和测量速率密切相关。该文采用仿真方法,分析了观测器运动轨迹、运动速度、测量精度和测量速率等因素对测角无源定位误差Cramer-Rao下界的影响,比较了三种形式观测器轨迹的定位误差下界,得出的结果对确定具体定位与跟踪系统战术指标、以及对滤波算法的选用具有实用价值。     

提高二维工作台定位精度的误差补偿方法研究

通过测量二维工作台XY轴直线度误差、垂直度误差、定位精度误差等,采用水平分割法对误差线性拟合,分析了每种误差对单轴定位精度和关联轴定位精度的影响,这种补偿方法能够有效地提高二维工作台的定位精度.     

基于推力磁链的永磁直线同步电机自适应观测器

永磁直线同步电机由于结构的特殊性使其直交轴电感不相等,数学模型变得较为复杂,传统的观测器不再适用于直线电机。同时直接推力控制依赖观测器观测结果的准确性,尤其在低速阶段,以线性模型为基础建立的观测器不能很好地适应电机参数变化。根据永磁直线同步电机的数学模型,采用了推力磁链等效的方法,简化了其数学模型,从而解决了交直轴电感不相等引起的推力观测误差。同时,在自适应观测器中引入定子电阻自适应律,减小了低速段由于电机参数变化引起的定子磁链观测误差,提高了直接推力控制的低速段性能。并建立了相关的仿真模型,对定子磁链和电磁推力的观测效果进行了分析,从而验证了基于推力磁链的自适应观测器的有效性。     

高速精密运动平台研制

根据生瓷带打孔机对运动平台的特殊要求,设计了高速精密运动平台方案,分别从高刚度机械结构、直线电机及同步控制、运动误差补偿等三个方面详细阐述了具体的实施方案及解决措施,并采用三种方法对平台的性能进行了验证.通过验证证明,平台达到很高的加速度和定位精度,达到了平台设计的预期目标.     

SECM微纳米定位建模及控制器设计

为适应扫描电化学显微镜(SECM)常规应用中100nm左右的微定位精度需求,同时降低其微定位控制器的成本,在分析SECM压电工作台运动定位数学模型的基础上,结合SECM实际应用中的特点,将压电工作台数学模型进行了合理的简化,并在此基础上设计了算法简单且易于实现的开环微定位控制器。以CHI900B型扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象进行建模和控制器设计,实验结果表明,压电工作台运动定位平均跟踪误差和最大跟踪误差分别为0.093、0.115μm,误差约0.1μm,可满足SECM常规应用中的微定位精度需求。建模过程和控制器设计简单易行且无须额外的微定位传感器,适于SECM的常规应用。     

SECM微纳米定位建模及控制器设计

为适应扫描电化学显微镜（SECM）常规应用中100nm左右的微定位精度需求,同时降低其微定位控制器的成本,在分析SECM压电工作台运动定位数学模型的基础上,结合SECM实际应用中的特点,将压电工作台数学模型进行了合理的简化,并在此基础上设计了算法简单且易于实现的开环微定位控制器。以CHI900B型扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象进行建模和控制器设计,实验结果表明,压电工作台运动定位平均跟踪误差和最大跟踪误差分别为0.093、0.115μm,误差约0.1μm,可满足SECM常规应用中的微定位精度需求。建模过程和控制器设计简单易行且无须额外的微定位传感器,适于SECM的常规应用。