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微纳操纵成像迭代学习前馈反馈控制研究

吴文鹏 王一帆 胡贞

吴文鹏,王一帆,胡贞. 微纳操纵成像迭代学习前馈反馈控制研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):414-420 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200360
引用本文: 吴文鹏,王一帆,胡贞. 微纳操纵成像迭代学习前馈反馈控制研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(3):414-420 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200360
WU Wenpeng, WANG Yifan, HU Zhen. Exploring a Feedforward and Feedback Control Method for Iterative Learning by Micro-nano Manipulative Imaging System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 414-420. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200360
Citation: WU Wenpeng, WANG Yifan, HU Zhen. Exploring a Feedforward and Feedback Control Method for Iterative Learning by Micro-nano Manipulative Imaging System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(3): 414-420. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200360

微纳操纵成像迭代学习前馈反馈控制研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200360
基金项目: 吉林省自然科学基金项目(201554)
详细信息
    作者简介:

    吴文鹏(1996−),硕士研究生,研究方向为控制理论与控制工程、机器人测控技术,451627372@qq.com

    通讯作者:

    胡贞,教授,博士生导师,zhu@cust.edu.cn

  • 中图分类号: TN973.3;TP273.3

Exploring a Feedforward and Feedback Control Method for Iterative Learning by Micro-nano Manipulative Imaging System

  • 摘要: 由于迭代学习前馈反馈控制方法面对具有重复运动性质系统时,既能加快收敛速度又能降低收敛误差,本研究将其引入到微纳操纵成像系统来提高扫描器的跟踪精度。首先,提出了开环比例微分(Proportional differential,PD)型迭代学习结合闭环反馈PD型学习律,并给出了学习律收敛条件,同时为了降低系统运行时间,提高学习效率,将传统的固定学习增益变为指数变增益。其次搭建了基于微纳操纵成像系统的迭代学习控制器,并进行了仿真分析。结果表明,相较于开环迭代学习控制、闭环迭代学习控制,迭代学习前馈反馈控制最大收敛误差最低,且鲁棒性强,算法易于实现,能有效地满足扫描时轨迹跟踪的精度要求。
  • 图  1  微纳操纵成像系统结构图

    图  2  微纳操纵成像系统扫描方式

    图  3  系统数学模型框图

    图  4  光偏转原理图

    图  5  光斑探测器函数拟合图

    图  6  压电陶瓷闭环控制结构图

    图  7  压电陶瓷响应曲线

    图  8  反馈−前馈迭代学习算法结构图

    图  9  收敛证明bode图

    图  10  仿真结构图

    图  11  正弦波跟踪曲线

    图  12  误差对比分析结果

    图  13  闭环迭代正弦波跟踪曲线

    图  14  添加高斯白噪声信号的仿真结果

    表  1  正弦波仿真结果对比表

     仿真结果开环闭环前馈反馈
    收敛次数 6 4 2
    初始误差/μm 0.96 0.198 0.0445
    最终误差/μm 0.0122 0.0033 0.000232
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  • 收稿日期:  2020-07-23
  • 刊出日期:  2022-05-11

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