论文部分内容阅读
基于SEM（Scanning Electron Microscopy）的微纳操作机器人因具有良好的视觉反馈实时性，纳米级观测分辨率以及高真空操作环境，受到了各研究领域的广泛关注。但是，应用于SEM中的纳米精密定位台多基于开环定位控制，这类系统往往存在稳态定位误差，且抗干扰能力差，从而影响了纳米精密定位台的定位精度。针对以上问题，本课题在满足SEM定位要求的基础上，设计并实现了纳米精密定位台的反馈控制定位。纳米精密定位台基于粘滑驱动原理。本文提出一种新的摩擦力模型—LS模型。LS模型仅包含7个参数，适合用于与摩擦力相关的仿真计算。仿真结果表明，LS模型可以准确描述摩擦力的各项性质，诸如Stribeck效应，迟滞性，频率独立性以及非局部记忆现象（nonlocal memory）。基于LS模型，建立纳米精密定位系统动力学模型。仿真结果表明，该动力学模型能够准确描述定位系统的运动特性。设计基于粘滑驱动的纳米精密定位台控制方案，建立压电陶瓷—柔性铰链串联系统动力学模型。该模型能够准确描述压电陶瓷及柔性铰链的主要性质。针对压电陶瓷高速驱动的特点，采用前馈-PID控制方案，完成压电陶瓷位移闭环控制。仿真结果显示，前馈-PID控制方式显著提高了系统的响应速度，使系统获得了更好的动态特性。针对SEM内腔空间狭小，禁磁等特点，提出预测开关式控制方法。仿真结果显示，预测控制方法使系统震荡以及稳态误差均明显减小。搭建基于粘滑驱动的纳米精密定位台实验系统，检测纳米精密定位台工作性能。实验结果显示，通过对压电陶瓷进行前馈-PID控制，使压电陶瓷获得了较好的重复定位精度；并且在前馈-PID控制下，压电陶瓷动态性能得到明显改善。通过预测开关控制的纳米精密定位台具有较好的定位一致性。实验结果表明该闭环控制定位系统能够满足SEM中的纳米精密定位要求。