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高增益PID控制器实现纳米定位 第六图书馆 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,10nm~10mm阶跃响应的稳态误差不超过±2nm。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,10nm~10mm阶跃响应的稳态误差不超过±2nm。滚珠丝 杠 PID控制器 纳米定位 摩擦光学精密工程卢礼华 郭永丰 大刀川博之 梁迎春 下河边明 [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22685032007第六图书 馆 第六图书馆 第 15卷 第 1期 光学 精密工程 V01．15 No．1 2OO7年 1月 0pticsandPrecisionEngineering Jan．2007 文章编号 1004—924X(2007)01—0063—06 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。 (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) 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， 10nm～10mm阶跃响应的稳态误差不超过士2nm。 关 键 词：滚珠丝杠；PID控制器；纳米定位；摩擦 中圈分类号 ：TP273 文献标识码：A High-gainPID controllerfornanometerpositioning 第六图书馆 LU Li—hua ，GUO Yong—feng ，TachikawaHiroyuki。，LIANG Ying—chun ，ShimokohbeAkira (1．PrecisionEngineeringResearchInstitute，HarbinInstituteofTechnology， Harbin 150001，China；2．Precisionand IntelligentLaboratory，TokyoInstitute ofTechnology，Yokohama22