基于音圈电机x—y精密定位平台控制系统设计

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1、第9期组合机床与自动化加工技术NO．92013年9月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueSep．2013文章编号：1001—2265(2O13)09—0073—04基于音圈电机x—Y精密定位平台的控制系统设计术冷同同，靳东，刘博峰(1．山东大学机械工程学院，济南250061；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：针对由音圈电机驱动的x—Y精密定位平台系统，提出了一种基于S函数的实时离散傅里叶变换(DFT)算法来进行系统辨识，从而建立定位平台的数学模型。基于系统数学模型，采用混合灵敏度优化

2、的方法，设计了一种H鲁棒控制器。该控制器对模型的不确定性及外部干扰具有较好的抑制作用，从而能够很好地改善系统性能，并利用仿真及实时控制实验验证该控制算法的有效性。结果表明该控制器较好的改善了系统的动态特性，使其具有响应速度快、稳定性好以及良好的抗干扰能力等优点。关键词：音圈电机；X—Y精密定位平台；实时DFT算法；高精密定位；H鲁棒控制中图分类号：TH16；TG65；TP273文献标识码：ADesignofControlSystemforX-YPrecisionPositioningGantryDrivenbyVoiceCoilMotorLENGTong—tong，JIN

3、Dong，LIUBo-feng(1．SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China；2．SchoolofMechani—calEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：BasedonaX—YprecisionpositioninggantrydrivenbyVoiceCoilMotor(VCM)，amethodofsystemidentificationusingareal—timeonlin

4、eDFTalgorithmisproposedforobtainthemodelofthecontrolsystem．Withthesystemmodel，themethodofmixedsensitivityoptimizationisintroducedtodesignaHrobustcontroller．Therobustcontrollerhasbetterrobustnessagainstthemodeluncertaintiesandexternaldisturbances．Theeffectivenessoftheproposedmethodforhighp

5、recisionpositioningoftheservogantrysystemisverifiedbysimulationsandexperiments．TheresultsdemonstratethattheperformanceofX—Ygantryisimproved，havingquickresponses，betterstabilitiesandthecapabilityagainstdisturbances．Keywords：voicecoilmotor；X—Yprecisionservogan~y；real—timeDFTalgorithm；highpr

6、ecisionpo—sitioning：robustcontro1证系统具有良好的性能。鲁棒控制理论的出现，成为0引言解决上述问题的关键基础。文献[8]针对XY伺服平随着超精密智能器件和执行机构的广泛应用，台系统提出了零相位的鲁棒控制方法。本文针对由音以及高性能数字系统的快速发展，超精密机电伺服圈电机驱动的x—Y精密定位平台，进行系统辨识，建系统已逐步应用到许多新兴行业，例如，芯片封立系统的数学模型。在系统数学模型的基础上，采用装、半导体加工等。为满足人们对这类精密机混合灵敏度优化的方法，设计一种H鲁棒控制器，能电系统在准确性、稳定性、快速响应以及鲁棒性等方够较好的抑制外

7、部干扰和不确定性对系统造成的影面的苛刻要求，精密控制算法成为解决这类问题响，从而使被控系统获得更好的性能。的关键技术。尤其是，精密定位控制越来越多的被1X-Y精密定位平台研究讨论。由于高速、高精度运动控制的限制，许多控制方法1．1X—Y精密定位平台介绍在精密定位控制中难以应用，这使得精密定位控制算如图1所示，为音圈电机驱动的x．Y精密定位法存在一定的挑战。例如，由于环境干扰、机械摩擦平台。该平台主要由、y上下两个方向的平台，两以及不能完全准确的建立系统数学模型而造成的模型个100nm精度的直线光栅(用于反馈位置信号的位不确定等