摘要：柔性平台是一种高速精密运动平台,由于系统中存在柔性铰链,会产生较大的非线性,传统PID算法的控制性能无法充分发挥,影响柔性平台在往复运动中的跟踪精度。因此设计了3阶S规划与自抗扰控制算法(ADRC)相结合的方法,该方法的关键在于引入运动规划,使系统输入信号更加平滑,不仅可以实现在快速变化的点位上平稳过渡,还能够提高系统的稳定性。同时,ADRC控制利用扩张状态观测器(ESO)的估计和补偿能力,有效地抵消了非线性对系统的影响,进一步提升了运动平台的跟踪性能和精度。这种方法可以有效应对系统的各种不确定性和外部扰动,提高系统的稳定性和控制性能。最后,通过150μm行程的往复运动实验进行了验证,在同样运用3阶S规划的情况下,PID因为系统存在非线性而控制性能较差;ADRC提高了系统的估计补偿能力,实现了精密定位。相比PID,ADRC的50Hz往复运动最大跟踪误差降低了42.1%,75Hz往复运动最大跟踪误差降低了38.3%。

摘要：面向电子封装设备等的精密运动平台的磨损对其定位精度有显著影响.在本文中研究了刚柔耦合运动平台中滚动直线导轨副的刚度与磨损,根据Hertz接触模型获得了滚珠的法向接触刚度解析模型,并建立了滚珠与滚道接触的有限元模型验证了解析模型的准确性.采用Archard磨损理论建立了刚柔耦合运动平台中滚动直线导轨副的磨损预测模型,并与传统的刚性运动平台进行有限元仿真对比.根据仿真结果,刚柔耦合运动平台在定位阶段对导轨副的磨损较小.最后通过检测运动时导轨副的温度定性判定磨损的大小,试验结果表明,刚柔耦合运动平台可减缓导轨副工作温度的升高和降低接触表面磨损量,为高精度运动平台的设计和精度保持提供了新的研究思路.

摘要：旋转平台在低速运转过程中易产生非线性摩擦,由于非线性因素的影响,传统PID算法的控制效果远不能满足超精密运动平台定位精度高、响应快速等要求。因此,设计了基于DSP+FPGA的旋转平台自抗扰控制算法(active disturbance rejection control,ADRC),利用扩张状态观测器(extend states observer,ESO)对系统内外部未知扰动进行实时估计并予以补偿,提升系统响应速度,增强鲁棒性与抗干扰能力。最后,通过正弦扫描实验进行验证,PID对正弦输入信号无法及时响应,超调明显;ADRC响应迅速,稳态误差波动小。相比PID,ADRC最大跟踪误差降低79.5%,跟踪误差平均值降低65.4%。

摘要：为实现精密运动平台定位的双回路控制,解决位置双反馈采样不同步的问题,基于FPGA设计了软硬件解码模块和上位机,实现对电机编码器多摩川协议和平台光栅尺BISS协议同步读取,并通过FMC总线将数据传输至ARM,数据统一单位后再由上位机显示平台位移。实验表明:该采集装置能够快速准确地同步采集数据,能在上位机实时显示位移,具有良好的可移植性和拓展性。

摘要：为了满足高速精密运动控制对光栅尺信号的实时反馈的要求,设计了基于FPGA的EnDat 2.2协议接口模块和上位机。针对EnDat 2.2协议的通信传输方式及光栅解码要求,采用状态机设计了解码模块,并通过Modelsim仿真工具验证时序。利用FPGA和MAX485模块组成硬件电路,通过解码模块和CRC校验模块对光栅尺信号进行数据处理,最后把解码并验证成功的位置和参数信息通过串口发送到上位机显示。仿真与实测结果表明该数据采集系统位置采集周期小于40μs,能够满足25 kHz的控制要求,并且成功发送位置值到GUI上位机显示。

摘要：微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法(ADRC)将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器(ESO)进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明:因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。