《多維超精密運動定位平台的建模與多變數控制研究》是依託上海師範大學，由董瑞麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多維超精密運動定位平台的建模與多變數控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：董瑞麗
- 依託單位：上海師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
許多超精密機電系統如微電子製造的光刻機、MEMS器件製造系統等都含有多維超精密運動定位平台，在這些平台中，常採用壓電陶瓷作為執行機構，而壓電執行器所含有的遲滯特性通常會導致平台控制系統波動、控制精度降低，甚至不穩定。而且，壓電執行器的驅動電路和負載的動態特性的影響也會明顯影響平台的定位精度和動態特性。另一方面，多維運動定位平台的各個軸之間的相互耦合干擾也會對平台的定位特性產生不利影響。因此超精密運動定位平台是個具有多值映射、非光滑和軸間耦合特性的複雜系統，難以用常規的方法解決其建模與控制問題。本申請將利用非光滑多變數技術分析多維超精密運動定位平台的特性，建立描述平台特性的非線性多變數三明治動態模型，研究相應的非光滑多變數控制策略，特別是非光滑解耦控制策略，以消除平台所含的具有遲滯特性的耦合影響，提高採用這類定位平台的超精密機電系統的控制性能。
結題摘要
本課題通過大量的試驗，充分激勵含有壓電陶瓷執行器的定位平台的各個工作模態，並且根據含有壓電陶瓷執行定位平台的工作原理，分析含有壓電陶瓷執行器定位平台的特性。提出了一種新的簡單的遲滯模型來描述定位平台中壓電陶瓷的遲滯特性，這種簡單的遲滯能用比較少的未知參數來的描述壓電陶瓷的遲滯特性，使得遲滯特性描述更加簡便，為辨識更複雜的遲滯系統打下基礎，同時也為以後方便設計控制器打下基礎。 根據含有壓電陶瓷執行器的定位平台的特性，我們提出了用一種含有Duhem遲滯的三明治模型來描述所研究的平台，並且針對該模型，研究了兩步法的辨識方法，實驗也表明該模型能夠有效的辨識該類定位平台，但是該辨識方法不能線上的辨識模型，為了以後方便的設計自適應控制器，我們提出了一種非光滑的遞推辨識算法來辨識能描述這類含有壓電陶瓷執行器系統的辨識算法，並且分析了該算法的收斂性，實驗結果表明該算法是有效的。此外，我們還利用非光滑最佳化方法提出了一類含有間隙遲滯的機械系統的辨識方法，首次將非光滑最佳化的思路套用到該非光滑系統的辨識中，為以後辨識更複雜的遲滯特性提供理論及技術支持。另外，針對含有壓電陶瓷執行器多維定位平台，提出了辨識其耦合模型的辨識方法，建立了該平台的耦合模型。 同時，我們首次提出了一類含有壓電陶瓷執行器的定位平台的內模控制方法，實驗表明取得了很好的控制效果；並且也提出了一類含有間隙遲滯的三明治系統的非光滑內模控制方法。另外，我們研究了含有間隙遲滯的機電系統的非光滑多步預測控制策略，首次將非光滑理論用在了機電系統的非光滑多步預測控制系統中，用非光滑的理論根本上解決了非光滑系統中非光滑點不可導的問題，取得了很好的控制效果，這為以後更為複雜的非光滑系統提供了理論支持。並且，針對含有壓電陶瓷執行器多維平台，提出了前饋補償的解耦控制方法，取得了期望的效果。 最後，我們還研究了非光滑系統的能觀性、能控性及觀測器設計等問題,為後面含有壓電陶瓷的多維定位平台的能控性及軟測量的研究打下基礎。
