3自由度の圧電駆動ナノ偏摆台における多軸結合およびヒステリシス問題を解決するために、複数の圧電駆動器間の結合効果および各自のヒステリシス効果を同時に表現可能な結合ヒステリシスモデルを設計し、その逆モデルを用いてフィードフォワード補償を行い、プラットフォームの位置決めおよび軌道追従精度を向上させた。まず、3自由度圧電駆動偏摆台の制御システムを構築し、その運動学モデルを確立して、末端プラットフォームの3自由度運動を3つの圧電駆動器の出力に変換した。次に、Prandtl-Ishlinskiiモデルに基づく結合ヒステリシスモデルを構築し、当該モデルおよびその逆モデルのパラメータ同定を行った。最後に、開ループ逆モデルフィードフォワード補償によりモデルの有効性を検証し、逆モデルフィードフォワードとフィードバックを組み合わせた複合制御手法により軌道追従制御を実施した。実験結果は、逆モデルによる開ループフィードフォワード補償が3つの圧電駆動器間の最大結合変位を70%以上低減させ、構築した結合ヒステリシスモデルの有効性を実証したことを示している。閉ループフィードバックを組み合わせた複合制御手法により、空間軌道追従の最大二乗平均誤差がそれぞれ0.06 mradおよび0.42 μmと、単なる閉ループフィードバックに比べ72%および87.5%低減され、最大誤差も76%以上削減され、プラットフォームにおける結合ヒステリシスの影響が効果的に除去され、位置決め精度が向上した。

圧電偏摆台;圧電駆動器;結合ヒステリシスモデル;逆補償;追従制御