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大行程高精度定位系统控制技术研究

王力超  
【摘要】:大行程高精度定位技术在天文物理学、同步辐射工程以及激光核剧变等科技领域中有着举足轻重的作用。同时,随着生物芯片技术、生物医学工程、大规模集成电路的制造、衍射光栅刻划机的制造等众多领域的不断的发展,对大行程高精度定位工作台的工作行程与定位精度提出了更高的要求。因此,本文针对大行程高精度定位工作台内外台精定位控制方案设计以及控制软件设计等主要问题进行了深入的研究。 首先对宏/微两级驱动工作台的结构作了简要的介绍,并对内外台结构进行了简化。通过忽略不同的因素建立不同的数学模型,并进行实验与仿真辨识,以此来选择一个更为贴近实际系统的模型。 整个大行程高精度定位工作台系统十分复杂,需要设计具有良好适应性的控制算法。简要的介绍了单神经元PID控制算法的基本原理及参数调整,并作出相关控制仿真。然后对广义最小方差自校正调节器作了详细的研究。 随后详细介绍了计算机端控制软件的编写思路、程序构架、模块功能,用于解决工作台在工作过程中不允许人员靠近的问题。大行程高精度定位工作台控制系统在调试过程中需要人为进行操控,而计算机端控制软件将在实际工作过程中通过串口及PCI等接口获取实时测量数据并对工作台进行控制。 最后在采集了大量实验数据的基础上进行分析,通过调整单神经元PID控制参数、提高压电陶瓷控制的通信速度等方法提高定位精度,并达到了定位误差小于10nm的设计目标。


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