摘要：建立了高增益PID闭环控制系统,在“直流伺服电机+滚珠丝杠”驱动机构上实现了大范围的纳米定位。对于“伺服电机+滚珠丝杠”驱动系统来说,摩擦是实现纳米定位精度的主要障碍,它影响着系统微动特性并导致稳态误差。针对这种驱动系统,在根据标定参数计算得到的线性传递函数的基础上,设计高增益不完全微分、比例反馈PID控制器,配置闭环控制系统的极点为负实轴上的多重极点,避免了摩擦力建模和补偿。实验结果表明,该高增益闭环控制系统有效地抑制了摩擦等非线性因素的影响,在系统的宏动和微动特性阶段都可以实现单步的纳米定位并取得了一致的响应,10 nm^10 mm阶跃响应的稳态误差不超过±2 nm。

摘要：对于“直流电机+滚珠丝杠”驱动机构,摩擦是实现大行程具有纳米级分辨率点位控制的主要障碍．通过设计高增益PID控制器,可以抑制摩擦的影响并在大范围内实现纳米定位,只是系统的性能受到执行机构饱和的影响．通过将时间优化的Bang-Bang控制器与该PID控制器结合在一起构成变结构控制系统,使用PID闭环控制跟踪Bang-Bang控制下的理论减速轨迹,并实现最终定位,从而消除了饱和所造成的超调．实验和仿真结果显示,该系统可以在较大摩擦力和模型参数变化的情况下获得大范围无超调的纳米定位,并且响应时间最优．