一种纳米定位平台的磁滞控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种纳米定位平台的磁滞控制方法和装置，属于纳米定位控制领域，该方法包括：将压电定位平台前一时刻的实际轨迹数据x

【技术实现步骤摘要】
一种纳米定位平台的磁滞控制方法和装置


[0001]本专利技术属于纳米定位控制
，更具体地，涉及一种纳米定位平台的磁滞控制方法和装置。

技术介绍

[0002]近二十年来，压电驱动的纳米定位平台迅速发展，在现在的高精度测量与生产制造中得到广泛应用。压电陶瓷驱动的定位平台在微纳米级别的定位系统中如原子力显微镜、光刻机等领域发挥着至关重要的作用。然而压电驱动的定位平台在运行过程中存在着强烈的非线性特性，增大了定位的误差，如何抑制其非线性产生的巨大误差从而提高定位精度是亟待解决的问题。
[0003]压电定位平台中存在的非线性现象主要包括磁滞、蠕变等特性，其中磁滞更加收到广泛关注。对于磁滞现象，学者们提出了许多有效的建模方法，例如Duhem模型、Bouc
‑
Wen模型及Preisach模型等，基于这些模型，常常采用开环的前馈逆补偿控制算法对压电定位平台进行控制以提高精度，然而这种控制策略的特点是对模型精度有极高的敏感性，实现精准的定位需要极高的模型精度，但是实际上辨识得到的模型参数往往与真实系统之间存在较大误差，并且压电定位平台还存在蠕变等复杂非线性特点。
[0004]因此仅通过前馈逆补偿控制难以实现高精度的定位，且抗干扰能力差，但是控制速率快。闭环反馈控制常常具有较强的抗干扰能力与稳定性，但是控制器带宽受限。因此传统的控制方法难以有效的实现压电定位平台的高精度控制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种纳米定位平台的磁滞控制方法和装置，其目的在于，通过有效结合前馈控制带宽高和反馈控制抗扰性强的优势，使压电定位平台在较高频率下提供有效控制精度，由此解决压电定位平台控制精度低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种纳米定位平台的磁滞控制方法，包括：
[0007]S1：将压电定位平台前一时刻的实际轨迹数据x
t
‑1和参考轨迹数据x
rt
‑1的差值输入基于迭代学习模型的预测控制器，以使得到其输出当前时刻的位移控制率u
k
(t)；所述当前位移控制率u
k
(t)等于当前时刻的最优模型预测控制率和迭代学习率的叠加；
[0008]S2：将所述位移控制率u
k
(t)输入非线性自回归模型NARX前馈补偿器，以使所述NARX前馈补偿器输出当前时刻的驱动电压v
t
；
[0009]S3：利用所述驱动电压v
t
驱动所述压电定位平台位移，以获取当前时刻的实际轨道数据x
t
，所述当前时刻的实际轨道数据x
t
用于反馈至所述预测控制器从而得到下一时刻的位移控制率u
k
(t+1)；
[0010]其中，所述NARX前馈补偿器与所述压电定位平台串联构成近似线性系统。
[0011]在其中一个实施例中，所述S2之前，所述方法还包括：
[0012]S01：获取所述压电定位平台对应的驱动电压和位移数据之间的映射关系；
[0013]S02：根据所述映射关系进行拟合得到NARX模型，求解所述NARX模型的逆得到所述NARX前馈补偿器。
[0014]在其中一个实施例中，所述S02包括：
[0015]利用公式获取所述NARX模型，所述NARX模型的逆为所述NARX前馈补偿器：
[0016]其中，n
y
和n
v
是所述NARX模型输出和输入的最大滞后项，y
k
和v
k
是所述NARX模型在时间t时刻的输入与输出，e
t
为不确定项，F
l
为所述NARX模型形式；G
l
表征所述压电定位平台的前馈补偿器。
[0017]在其中一个实施例中，所述S1包括：
[0018]利用公式计算t时刻的位移控制率u
k
(t)；
[0019]其中，为t时刻的最优模型预测控制率，为t时刻的D型差分迭代学习率，k为迭代次数，m为控制时域标识，l为迭代学习率标识。
[0020]在其中一个实施例中，所述S1之前，所述方法还包括：
[0021]利用公式计算所述t时刻的最优模型预测控制率；
[0022]其中，为系数矩阵，Q和R分别为权重矩阵，均为对称正定矩阵，p为预测时域，T为矩阵转置；为t+1时刻预测时域的第k次迭代的误差。
[0023]在其中一个实施例中，所述S1之前，所述方法还包括：
[0024]利用公式计算t时刻第k次迭代的D型差分迭代学习率；
[0025]其中，为t时刻第k
‑
1次迭代的D型差分迭代学习率，Γδu
k
‑1＝u
k
‑1(t)
‑
u
k
‑1(t
‑
1)，u
k
‑1(t)为t时刻第k
‑
1次迭代的预测控制率，u
k
‑1(t
‑
1)为t
‑
1时刻第k
‑
1次迭代的预测控制率。
[0026]按照本专利技术的另一方面，提供了一种纳米定位平台的磁滞控制装置，包括：
[0027]减法器，用于将压电定位平台前一时刻的实际轨迹数据x
t
‑1和参考轨迹数据x
rt
‑1作差；
[0028]基于迭代学习模型的预测控制器，与所述减法器连接，用于输入所述前一时刻的实际轨迹数据x
t
‑1和所述参考轨迹数据x
rt
‑1的差值，输出当前时刻的位移控制率u
k
(t)；所述当前位移控制率u
k
(t)等于当前时刻的最优模型预测控制率和迭代学习率的叠加；
[0029]NARX前馈补偿器，与所述预测控制器连接，用于输入所述位移控制率u
k
(t)并输出当前时刻的驱动电压v
t
；
[0030]压电定位平台，与所述NARX前馈补偿器和所述减法器连接，用于在所述驱动电压v
t
作用下执行当前时刻的实际轨道数据x
t
，并将所述当前时刻的实际轨道数据x
t
反馈至所述减法器，以使所述减法器获得实际轨道数据x
t
和参考轨迹数据x
rt
差值并将其输入至所述预测控制器，从而得到下一时刻的位移控制率u
k
(t+1)。
[0031]在其中一个实施例中，所述NARX前馈补偿器通过获取所述压电定位平台对应的驱动电压和位移数据之间的映射关系，再根据所述映射关系进行拟合得到NARX模型，求解所述NARX模型的逆得到。
[0032]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米定位平台的磁滞控制方法，其特征在于，包括：S1：将压电定位平台前一时刻的实际轨迹数据x
t
‑1和参考轨迹数据x
rt
‑1的差值输入基于迭代学习模型的预测控制器，以使得到其输出当前时刻的位移控制率u
k
(k)；所述当前位移控制率u
k
(t)等于当前时刻的最优模型预测控制率和迭代学习率的叠加；S2：将所述位移控制率u
k
(t)输入非线性自回归模型NARX前馈补偿器，以使所述NARX前馈补偿器输出当前时刻的驱动电压v
t
；S3：利用所述驱动电压v
t
驱动所述压电定位平台位移，以获取当前时刻的实际轨道数据x
t
，所述当前时刻的实际轨道数据x
t
用于反馈至所述预测控制器从而得到下一时刻的位移控制率u
k
(t+1)；其中，所述NARX前馈补偿器与所述压电定位平台串联构成近似线性系统。2.如权利要求1所述的纳米定位平台的磁滞控制方法，其特征在于，所述S2之前，所述方法还包括：S01：获取所述压电定位平台对应的驱动电压和位移数据之间的映射关系；S02：根据所述映射关系进行拟合得到NARX模型，求解所述NARX模型的逆得到所述NARX前馈补偿器。3.如权利要求2所述的纳米定位平台的磁滞控制方法，其特征在于，所述S02包括：利用公式获取所述NARX模型，其逆为所述NARX前馈补偿器：其中，n
y
和n
v
是所述NARX模型输出和输入的最大滞后项，y
k
和v
k
是所述NARX模型在时间t时刻的输入与输出，e
t
为不确定项，F
l
为所述NARX模型形式；G
l
表征所述压电定位平台的前馈补偿器。4.如权利要求1所述的纳米定位平台的磁滞控制方法，其特征在于，所述S1包括：利用公式计算t时刻的位移控制率u
k
(t)；其中，为t时刻的最优模型预测控制率，为t时刻的D型差分迭代学习率，k为迭代次数，m为控制时域标识，l为迭代学习率标识。5.如权利要求4所述的纳米定位平台的磁滞控制方法，其特征在于，所述S1之前，所述方法还包括：利用公式计算所述t时刻的最优模型预测控制率；其中，为系数矩阵，Q和R分别为预测时域和控制时域的权重矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，王志岳，陈智勇，张逸伦，易明磊，孙洪伟，黄翔，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：