高速音圈電機(jī)遲滯特性及其控制研究.pdf

1、音圈電機(jī)(Voice Coil Motor, VCM)以其形態(tài)靈活多樣、快速響應(yīng)、直接驅(qū)動(dòng)和高速運(yùn)動(dòng)等多種優(yōu)良特性,被越來越多地應(yīng)用于集成電路引線鍵合定位、精密機(jī)床進(jìn)給定位及光學(xué)對(duì)焦設(shè)備驅(qū)動(dòng)等精密定位領(lǐng)域,對(duì)其相關(guān)研究已成為微定位領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　研究表明,各種定位設(shè)備越來越高的速度與精度要求使得音圈電機(jī)的應(yīng)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(jìn)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(dāng)前音圈電機(jī)生產(chǎn)、研究與應(yīng)用概況的基礎(chǔ)上,經(jīng)過理論推導(dǎo)與定性分析,確定高速音圈電機(jī)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(jī)高階模型以隱含方式描述了其遲滯特性。首先通過仿真驗(yàn)證了音圈電機(jī)高階模型的輸入輸出遲滯特性,隨后,基于現(xiàn)有電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了音圈電機(jī)遲滯特性的存在與表現(xiàn)。
　　2)考察了遲滯建模總體情況,指出了廣泛應(yīng)用于描述機(jī)械領(lǐng)域遲滯非線

3、性的Bouc-Wen遲滯模型對(duì)非可導(dǎo)輸入的無效性?；谌峄枷?將其微分項(xiàng)改進(jìn)為不完全微分,以弱化非可導(dǎo)輸入的微分沖擊。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了其有效性,由此擴(kuò)大了其適用性,同時(shí)指出,此模型可作為高速音圈電機(jī)遲滯特性的描述之一。
　　3)針對(duì)遲滯非線性特性,設(shè)計(jì)前饋-反饋的2自由度控制系統(tǒng)對(duì)高速音圈電機(jī)進(jìn)行控制。為適應(yīng)當(dāng)前效率優(yōu)先的實(shí)際應(yīng)用要求,以三角波(對(duì)比正弦類軌跡而言,其點(diǎn)到點(diǎn)之間為直線,路徑更短,效率更高)作為輸入信號(hào)設(shè)計(jì)控制系

4、統(tǒng)。針對(duì)傳統(tǒng)的給定值速度和加速度前饋必須對(duì)輸入信號(hào)求一階和二階導(dǎo)數(shù)而三角波為不可導(dǎo)信號(hào)的特點(diǎn),采用傅立葉級(jí)數(shù)變換的方法,通過轉(zhuǎn)換信號(hào)描述方式逼近三角波各階導(dǎo)數(shù),實(shí)現(xiàn)其前饋控制算法。針對(duì)高速音圈電機(jī)動(dòng)態(tài)遲滯非線性特點(diǎn),采用并改進(jìn)了一種新型的PID型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器作為反饋控制器,并采用動(dòng)態(tài)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)反饋控制器的參數(shù)更新。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此新型的復(fù)合智能控制結(jié)構(gòu)有效提高了高速音圈電機(jī)跟蹤精度。
　　4)基于現(xiàn)有的音圈電