面向壓電驅(qū)動納米定位平臺的自抗擾運動控制.pdf

1、隨著納米科學(xué)和納米技術(shù)的飛速發(fā)展，微納操控系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到超精密成像、半導(dǎo)體加工、生物醫(yī)學(xué)、數(shù)據(jù)存儲等諸多尖端技術(shù)領(lǐng)域。然而，微納操控系統(tǒng)固有的遲滯等非線性特性，以及系統(tǒng)廣泛存在的內(nèi)部動態(tài)示確定性和外部干擾等，都嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的運動精度和閉環(huán)穩(wěn)定性，也對實現(xiàn)納米級分辨率的運動控制理論提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本學(xué)位論文以納米壓電定位平臺為研究對象，深入研究了自抗擾控制理論(ADRC)，旨在滿足納米伺服系統(tǒng)在精確性、速度、穩(wěn)定性、魯棒性以及抗干擾性能

2、等方面的要求。在傳統(tǒng)ADRC算法的基礎(chǔ)上，提出對其狀態(tài)反饋算法和擴張狀態(tài)觀測器(ESO)設(shè)計方法的改進措施，給出相關(guān)的理論證明，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)以自主設(shè)計的納米壓電伺服平臺為控制對象，從電路特性、機械特性、壓電效應(yīng)和遲滯效應(yīng)等多場耦合特性入手，建立了納米定位平臺的綜合動力學(xué)模型，基于離散傅里葉變換算法對伺服系統(tǒng)進行在線辨識，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，為后續(xù)ADRC算法的設(shè)計提供模型基礎(chǔ)。
　　(2)將ADRC算法應(yīng)用

3、于含有驅(qū)動器非線性、模型不確定性、傳感器噪聲等多源干擾的納米伺服平臺控制中，并通過仿真和實驗驗證了其有效性。
　　(3)針對傳統(tǒng)自抗擾控制在參數(shù)調(diào)節(jié)、性能優(yōu)化上的局限性，提出了基于混合非線性反饋的改進自抗擾控制設(shè)計，在不增加控制系統(tǒng)設(shè)計難度的前提下，提高了閉環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)性能，使得系統(tǒng)在大量內(nèi)外不確定性的影響下，仍然可以保持對參考信號的良好跟蹤性能，文中同時給出了混合非線性反饋作用下的閉環(huán)系統(tǒng)漸進穩(wěn)定性分析，并證明了ESO和混合非

4、線性反饋控制律作用下的增廣系統(tǒng)的跟蹤誤差收斂性。
　　(4)提出ESO的改進措施:首先，采用遺傳算法對ESO的設(shè)計參數(shù)進行了優(yōu)化;接著，將可獲得的控制對象信息引入到ESO設(shè)計中，并給出了其誤差的收斂性證明;在此基礎(chǔ)上設(shè)計了添加控制對象信息的變增益擴張狀態(tài)觀測器，在降低觀測器負(fù)擔(dān)的同時，避免了初始階段的峰值現(xiàn)象，通過坐標(biāo)變換和李雅普諾夫方法證明了觀測誤差的收斂性。最后，利用仿真和實驗對比驗證了對擴張狀態(tài)觀測器的兩種改進措施的優(yōu)越性。