压电驱动器的开闭环迭代学习控制

由于开闭环迭代学习控制方法能在加快收敛速度的情况下降低跟踪误差,本文利用该控制方法来提高压电驱动器(PZT)的高频轨迹跟踪精度。首先,提出了离散时间下的开环P型结合闭环PI型的迭代学习律,并且给出了基于该学习律的收敛性条件。然后,设计了用于PZT系统的离散开闭环迭代学习控制器。最后,针对50Hz单频和25Hz+50Hz复频三角波轨迹进行了跟踪控制实验。实验结果表明:所提出的迭代学习控制器对上述2种轨迹的最大跟踪误差分别为10.6nm和12.5nm,相对于PID控制器,分别降低了96.25%和95.62%。结果显示:提出的控制方法易于实现,无需准确的PZT迟滞和系统模型就可以获得很高的跟踪精度,能有效地满足高频和复频轨迹跟踪的精度要求。     

基于ARM的高分辨率压电陶瓷驱动电源

根据压电陶瓷微位移器对驱动电源的需求,设计了压电驱动电源系统。详细介绍了电源系统中的数字电路部分和模拟电路部分,并对驱动电源的精度与稳定性进行了分析与改进。最后对驱动电源的性能进行了实验验证,实验结果表明：所设计的电源输出电压噪声低于0.43 mV、输出最大非线性误差低于0.024%、分辨率可达1.44 mV,能够满足高分辨率微位移定位系统中静态定位控制的需求。     

压电微动台数据驱动迭代前馈补偿与自适应抑振

为消除压电驱动柔性微定位平台高精控制对平台不确定动力学模型的依赖性,提出了一种数据驱动无模型迭代前馈补偿和自适应陷波滤波结合的控制方法来提高平台的跟踪性能。首先,建立了数据驱动无模型迭代前馈控制器,提高系统对噪声和其他干扰的鲁棒性,同时,证明了在无模型迭代前馈作用下,连续参考输入跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性;其次,构建了自适应陷波滤波器来消除平台谐振的影响,对误差信号进行快速傅里叶变换,并设计谐振频率在线提取算法,实现对陷波滤波器参数的在线实时整定,来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所设计的无模型迭代前馈控制器和自适应陷波滤波器对压电微动台进行轨迹跟踪实验。实验结果表明：在跟踪三角波信号时,与单独比例-积分（Proportional Integral,PI）控制和结合自适应陷波滤波器的PI控制相比较,最大跟踪误差分别减小78.25%和70.83%,能够有效提升平台的稳定性和跟踪精度。     

压电陶瓷定位系统电容传感器容错控制

针对压电陶瓷定位系统中电容传感器故障对定位精度的影响,对使用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行容错控制的方法进行了研究。以传感器采样电路故障和掉电故障为对象,对三阶轨迹规划算法下电容传感器的EKF滤波公式进行了分析,提出以离散化迭代计算的EKF代替传统的将非线性系统线性化的方法。在压电陶瓷定位系统实验平台上,使用激光干涉仪作为测量基准,在传感器采样电路故障和掉电故障的情况下,实现了500μm行程,绝对精度小于3.5μm,误差小于0.7%的定位控制。结果表明,基于EKF的电容传感器容错控制可以有效减小传感器故障引起的控制误差,增加压电陶瓷定位系统的鲁棒性。     

高精度位移传感器线性度标定方法研究

针对光学系统中光学元件的高精度位移调节和检测问题,提出一种非接触电容位移传感器的线性度标定方法,搭建了一个运动轴、测量轴和传感轴三轴共线的标定平台,从测量原理上消除阿贝误差。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现微位移调节,基于柔度矩阵法分析了调节机构的输出柔度和行程。试验结果表明,机构的柔度为13.585μm/N,运动行程为543.4μm,分辨率约为10 nm。经过标定补偿计算,传感器的线性度由0.047 14%提高至0.004 84%。该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足精密位移调节机构使用要求。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

基于Matlab与T—S模糊系统的压电驱动器磁滞特性建模及实验验证

针对压电驱动器的磁滞特性，提出了一种基于MISO模糊系统的磁滞建模方法，将一维输入空间中的多值函数映射为多维输入空间的单值函数，有效地解决了磁滞曲线多值映射的问题。基于Matlab7．1软件，该方法根据磁滞系统的输入输出数据，在最大隶属度、最近邻居和超半径概念的基础上，基于1阶T—S型模糊推理对模糊系统进行训练和参数优化，从而精确地建立了压电驱动器的磁滞特性模型。     

基于动态模糊系统模型的压电陶瓷驱动器控制

针对压电陶瓷驱动器(PZT)的迟滞非线性对周期性超精密跟踪精度的影响,对基于Takagi-Sugeno(T-S)型模糊规则的动态模糊系统( DFS)前馈+PI控制方法进行了研究。介绍了DFS模型前提部分和结论部分的辨识方法; 结合直接逆模型控制和迭代学习控制的思想,提出了周期性轨迹跟踪的DFS前馈+PI控制方法。最后,针对20 Hz的三角波和正弦波期望轨迹进行了跟踪控制实验。实验结果表明：提出的控制方法对三角波和正弦波期望轨迹的最大跟踪误差分别为0.25%和0.27%,相对于PI控制,跟踪精度分别提高了52倍和64倍,而最大跟踪绝对误差分别降低到5.1 nm和5.5 nm。结果显示这种控制方法易于实现,周期性轨迹跟踪精度高。     

高精度六维激光测量系统误差补偿算法研究

根据极大规模集成电路制造对光刻物镜中敏感光学元件调节机构高精度的调整要求,研究设计了一套基于双频激光干涉仪的高精度六自由度位姿检测测量系统。但由于双频激光干涉仪是一种线性增量式的测长仪器,其固有的机械安装误差及运动平台在工作过程中引入的倾斜或旋转运动都将导致测量光程的变化而产生阿贝误差与余弦误差。为此,根据系统测量原理,采用解析法基于空间齐次变换建立了系统误差补偿数学模型,并深入分析了装调误差对测量精度的影响,实现了调节机构六自由度运动的高精度测量。