高速音圈電機遲滯特性及其控制研究.pdf

1、音圈電機(Voice Coil Motor, VCM)以其形態(tài)靈活多樣、快速響應、直接驅動和高速運動等多種優(yōu)良特性,被越來越多地應用于集成電路引線鍵合定位、精密機床進給定位及光學對焦設備驅動等精密定位領域,對其相關研究已成為微定位領域的熱點。
　　研究表明,各種定位設備越來越高的速度與精度要求使得音圈電機的應用出現(xiàn)了局限,在高速工況下其自身潛在因素被激發(fā),顯現(xiàn)出了明顯的非線性特征,影響了定位精度的進一步提高。為分析與解決現(xiàn)有問題,

2、本文通過深入研究,取得如下主要成果:
　　1)在了解當前音圈電機生產(chǎn)、研究與應用概況的基礎上,經(jīng)過理論推導與定性分析,確定高速音圈電機特性表現(xiàn)為一種特殊的遲滯非線性特性,指出包含諧振模態(tài)在內(nèi)的音圈電機高階模型以隱含方式描述了其遲滯特性。首先通過仿真驗證了音圈電機高階模型的輸入輸出遲滯特性,隨后,基于現(xiàn)有電機實驗平臺,實驗驗證了音圈電機遲滯特性的存在與表現(xiàn)。
　　2)考察了遲滯建?？傮w情況,指出了廣泛應用于描述機械領域遲滯非線

3、性的Bouc-Wen遲滯模型對非可導輸入的無效性。基于柔化思想,將其微分項改進為不完全微分,以弱化非可導輸入的微分沖擊。仿真實驗結果表明了其有效性,由此擴大了其適用性,同時指出,此模型可作為高速音圈電機遲滯特性的描述之一。
　　3)針對遲滯非線性特性,設計前饋-反饋的2自由度控制系統(tǒng)對高速音圈電機進行控制。為適應當前效率優(yōu)先的實際應用要求,以三角波(對比正弦類軌跡而言,其點到點之間為直線,路徑更短,效率更高)作為輸入信號設計控制系

4、統(tǒng)。針對傳統(tǒng)的給定值速度和加速度前饋必須對輸入信號求一階和二階導數(shù)而三角波為不可導信號的特點,采用傅立葉級數(shù)變換的方法,通過轉換信號描述方式逼近三角波各階導數(shù),實現(xiàn)其前饋控制算法。針對高速音圈電機動態(tài)遲滯非線性特點,采用并改進了一種新型的PID型神經(jīng)網(wǎng)絡控制器作為反饋控制器,并采用動態(tài)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡辨識系統(tǒng),實現(xiàn)反饋控制器的參數(shù)更新。仿真實驗結果表明,此新型的復合智能控制結構有效提高了高速音圈電機跟蹤精度。
　　4)基于現(xiàn)有的音圈電