波纹管驱动超精密定位平台建模及复合控制-论文.pdf

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1、第18卷第7期电机与控制学报Vo1．18No．72014年7月ElectrieMachinesandControlJuly2014波纹管驱动超精密定位平台建模及复合控制田艳兵，王涛，王美玲张栋(1．北京理工大学自动化学院，北京100083；2．青岛理工大学自，动化工程学院，山东青岛266520)摘要：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

2、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50nm，平均跟踪误差，锯齿波输入为O．12m，正弦波输入为0．18p,m，能够满足超精密定位的要求。关键词：迟滞；气动驱动器；精密工程；前馈控制；粒子群算法中图分类号：TP271．4文献标志码：A文章编号：1007—449X(2014)07—0094—07Modeling

3、andcompoundcontrolofbellows-drivenultra-precisionpositioningstageTIANYan．bing，WANGTao，WANGMei．1ing，ZHANGDong2(1．SchoolofAutomation，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100083，China；2．AutomationEngineeringCollege，QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266520，China)Abstract：Inord

4、ertoimprovethestrokeandprecisionoftheultra—precisionpositioningstage，anewtypeofpneumaticservopositioningstagewasdesigned．Airbearingslidersweredesignedbyfiniteelementmethodandmetalbellowswereusedasthesingledrivingdeviceinthepositioningstage．Thestagewassuppoaedbyaerostaticslide

5、rstorealizelargestokeandultra—precisionpositioning．Themechanicalchar—acteristicsofbellowswereanalyzedwiththeexperimentaldata．Accordingtotheinitialloadingcurve，theparameterswereidentifiedtoestablishthePIhysteresismodelofthesystem，andthemodelwasvalidatedbytheexperiments．Inorder

6、toimprovedynamicperformanceofthesystem，acompoundcontrolschemewasdesigned．Inthisscheme，afeedforwardcontrollerwasbasedOninversePImodel，andaPIDcontrol—lerwasusedasfeedbackcontroller，theparametersofthePIDcontrollerwereoptimizedbyparticleswarmoptimization．Experimentsonthestepsigna

7、l，sawtoothsignalandsinesignalwereimplemented．Aftertheparametersareoptimized，theexperimentalresultsshowthatthepositioningaccuracyonthestepre·sponseislessthan50nm，theaveragetrackingerroronsawtoothinputsignalis0．12m，andtheaver—agetracingerroronsineinputsignalis0．18txm，thestageca

8、nmeettherequirementsofultra—precisionpositioning．Keywords：hysteresis