高增益PID控制器实现纳米定位

卢礼华; 郭永丰; 大刀川博之; 梁迎春; 下河边明

doi:null

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

高增益PID控制器实现纳米定位

更新时间：2020-08-12

- 高增益PID控制器实现纳米定位
- High-gain PID controller for nanometer positioning
- 光学精密工程 2007年15卷第1期页码：63-68
- 作者机构：
  
  1. 哈尔滨工业大学精密工程研究所,黑龙江哈尔滨,150001
  2. 东京工业大学精密工学研究所, 日本横滨 2268503
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  中图分类号： TP273
- 收稿日期：2006-07-04，
  
  修回日期：2006-10-08，
  
  网络出版日期：2007-01-30，
  
  纸质出版日期：2007-01-30
- 稿件说明：
移动端阅览
卢礼华, 郭永丰, 大刀川博之, 等. 高增益PID控制器实现纳米定位[J]. 光学精密工程, 2007,15(1):63-68.

LU Li-hua, GUO Yong-feng, Tachikawa Hiroyuki, et al. High-gain PID controller for nanometer positioning[J]. Optics and precision engineering, 2007, 15(1): 63-68.
卢礼华, 郭永丰, 大刀川博之, 等. 高增益PID控制器实现纳米定位[J]. 光学精密工程, 2007,15(1):63-68. DOI：

LU Li-hua, GUO Yong-feng, Tachikawa Hiroyuki, et al. High-gain PID controller for nanometer positioning[J]. Optics and precision engineering, 2007, 15(1): 63-68. DOI：

摘要

建立了高增益PID闭环控制系统

在"直流伺服电机＋滚珠丝杠"驱动机构上实现了大范围的纳米定位。对于"伺服电机＋滚珠丝杠"驱动系统来说

摩擦是实现纳米定位精度的主要障碍

它影响着系统微动特性并导致稳态误差。针对这种驱动系统

在根据标定参数计算得到的线性传递函数的基础上

设计高增益不完全微分、比例反馈PID控制器

配置闭环控制系统的极点为负实轴上的多重极点

避免了摩擦力建模和补偿。实验结果表明

该高增益闭环控制系统有效地抑制了摩擦等非线性因素的影响

在系统的宏动和微动特性阶段都可以实现单步的纳米定位并取得了一致的响应

10 nm~10 mm阶跃响应的稳态误差不超过±2 nm。

Abstract

Nanometer positioning was realized in a DC-motor and ball-screw-driven stage by a high gain controller. With effecting of friction on microdynamic characteristics and steadystate errors of the stage

it is a major obstacle to the achievement of nanometer positioning. In this paper

a high gain PID control structure was designed with proportional and derivative terms placed in the feedback path. Controller parameters were calculated by multiple closed-loop poles placement according to the macrodynamics alone and no friction modeling and compensation were necessary. Experimental and simulated results indicate that the PID controller can provide a sufficiently high loop gain to suppress friction effect so that single-step nanometer positioning and uniform responses of micro-motion and macro-motion are achieved. In point-to-point positioning for step heights from 10 nm to 10 mm

the positioning error is within ±2 nm.

关键词

Keywords

references

. 郑子文,李圣怡. 滚珠丝杠传动机构的微动特性及轨迹跟踪控制[J]. 光学精密工程,2001, 9(4): 360-363. ZHENG Z W, LI SH Y. Ultra-precision positioning and tracking using ball screw . Opt. Precision Eng., 2001, 9(4): 360-363. (in Chinese)

. HSIEH C, PAN Y C. Dynamic behavior and modeling of the pre-sliding static friction[J]. Wear, 2000, 242(1):1-17.

. CHEN C L, JANG M J, LIN K C. Modeling and high precision control of a ball-screw-driven stage[J]. Precision Eng., 2004, 28:483-495.

. CHEN J S, CHEN K C, LAI Z C, et al.. Friction characterization and compensation of a linear-motor rolling-guide stage[J]. Intern. J. Mach. Tools Manuf., 2003, 43(9): 905-915.

. MAO J H, TACHIKAWA H, SHIMOKOHBE A. Precision positioning of a DC-motor-driven aerostatic slide system[J]. Precision Eng., 2003, 27(1):32-41.

. 陈涛, 陈娟, 蒋风华. 伺服系统两种非线性补偿方法的对比实验[J]. 光学精密工程,2003, 11(1): 94-97. CHEN T, CHEN J, JIANG F H. Two low-speed nonlinear compensations for servo system[J]. Opt. Precision Eng., 2003, 11(1): 94-97. (in Chinese)

. 张寅孩,张仲超. 用Bang-Bang 控制策略实现快速定位最优系统[J]. 电力电子技术,2003, 31(1): 22-24. ZHANG Y H, ZHANG ZH CH. A high-performance high-speed positioning orientation optimum system with low-cost based on Bang-Bang controller[J]. Power Electron., 2003, 31(1): 22-24. (in Chinese)

浏览量

473

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

滚珠丝杠滚道法向截面测量系统

工业机器人谐波减速器迟滞特性的神经网络建模

确保稳定裕度的PID稳定域计算

航空相机扫描镜系统线性近似模型辨识

单热源作用下滚珠丝杠的温度场建模与热误差预测