预见控制在宏/微执行器中的应用

【摘要】近年来宏/微执行器(dual-stageactuatorssystem-DSA)作为一种受到广泛关注的高精度装置,其具有定位精度高、行程范围广、鲁棒性强等优点,已被广泛地应用于机械硬盘、电子扫描仪、光栅刻画机和微型机器人等精密工程领域。随着科技的发展,对于执行器的控制精度要求也越来越高。当今机械磁盘的存储容量成倍提升,磁道之间的间隙越来越小,如何提高磁头的定位速度。在纳米技术风靡全球的二十一世纪,如何提高电子扫描仪的扫描精度。这些问题都亟待克服。本文通过在宏执行器中引入预见控制(previewcontrol)来提高宏/微执行器的定位速度和扫描精度,预见控制通过获取未来运动与干扰的信息并利用其进行补偿控制,改善了受控对象性能,它能达到比传统控制更佳的效果。文中针对宏/微执行器的两种常见应用一定位和扫描分别设计预见控制,提高了系统的定位速度和扫描精度,具体内容包括：①深入介绍了宏/微执行器的原理、特点和应用,并论述了宏/微执行器在高精度工程领域的重要性；对宏/微执行器常用几种结构进行分析,并概述了基于解耦结构宏/微执行器的优缺点。②对宏/微执行器进行物理建模,通过模型参考控制消除了摩擦力和外界干扰对宏执行器的影响,使得宏执行器的模型接近双积分模型,简化宏执行器控制算法的设计。③创新地提出一种基于预见控制的宏/微执行器快速跟踪定位方法,使宏执行器跟踪已知的未来参考信号,而微执行器补偿宏执行器的跟踪误差。只要保证宏执行器的跟踪误差在微执行器的执行范围以内,就能使整个宏/微执行器的输出稳定在目标值上。并基于滑膜控制的思想改进时间最优控制,消除时间最优控制在目标值附近抖动的问题。该方法适用于快速连续定位,在机械硬盘、机械手臂等领域有广阔的应用前景。④创新地提出一种基于预见控制的宏/微执行器高精度扫描方法,使宏执行器在跟踪三角波形时,能实现其最大跟踪误差最小化,避免微执行器补偿宏执行器跟踪误差时输出达到饱和极限。由于宏执行器的最大跟踪误差缩小至无预见控制时的八分之一,避免微执行器在补偿宏执行器的跟踪误差时输出达到饱和极限。该算法不仅能有效地提高了宏/微执行器的扫描精度,还能提升宏/微执仃器的扫描速度。在电子扫描显微镜等高精度扫描仪器领域有着广泛的应用前景。
【作者】王力；
【导师】付敏跃；
【作者基本信息】浙江大学，控制科学与工程，2014，硕士
【关键词】宏/微执行器；预见控制；近似时间最优控制；模型参考控制；快速定位；高精度扫描；

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