波纹管驱动超精密定位平台建模及复合控制

为提高超精密定位平台的行程和精度,设计了一种新型的气动伺服定位平台。金属波纹管为单级驱动机构,采用有限元法设计气浮导轨。以气浮导轨支撑,研究无摩擦条件下的较大行程和精密控制。结合实验数据对波纹管的机械特性进行分析。根据初载曲线,进行参数辨识,建立了基于PI模型的定位平台系统迟滞模型,并对模型进行了验证。为改善系统动态特性,设计了复合控制器。前馈控制基于PI逆模型进行设计,反馈控制采用数字PID控制,并通过粒子群算法进行参数优化。对系统分别进行阶跃响应,锯齿波和正弦波跟踪实验。结果表明,参数优化后,系统阶跃响应的定位精度达到50 nm,平均跟踪误差,锯齿波输入为0.12μm,正弦波输入为0.18μm,能够满足超精密定位的要求。