提升压电精密定位台建模精度：动态迟滞模型与实验验证

本文主要探讨了压电超精密定位台的动态迟滞建模，这是一个关键领域的研究，尤其是在精密机械和微电子设备中，压电材料的高精度定位能力对于许多应用至关重要，如半导体制造、光学仪器和精密测量等。研究的核心目标是提升压电超精密定位台的建模精度，以减少系统误差并优化其在高频、快速和大行程定位时的性能。 首先，研究者采用了Backlash Like迟滞非线性模型来刻画压电超精密定位台的迟滞特性。这种模型能够有效地描述由于压电材料的非线性和非对称性导致的迟滞效应，即在正向和反向激励时输出的不同行为。Backlash Like模型考虑了迟滞现象的复杂性，有助于更准确地模拟实际设备的行为。 接下来，研究团队引入了基于遗传因子的递推最小二乘法来进行模型参数的辨识。这种方法是一种优化算法，它利用遗传算法的思想，通过迭代优化过程逐步逼近模型的最佳参数值，使得模型的预测与实际测量数据之间的误差最小化。这种方法的优势在于能够在保持模型结构不变的情况下，针对不同的频率范围自动调整参数，避免了重复的参数辨识过程。 作者将Backlash Like模型与压电超精密定位台的动态特性结合起来，构建了一种二阶动态迟滞模型。这个模型不仅考虑了迟滞效应，还纳入了系统的动态响应，从而能够更全面地描述定位台的行为。实验结果显示，在30 Hz和40 Hz的频率下，使用动态迟滞模型后，最大输出位移误差和最大相对误差显著降低，平均位移误差和平均相对误差也有了明显改善。这表明动态模型在减小系统误差的同时，提升了定位精度。 这项研究提出了一种有效的方法来改进压电超精密定位台的建模，它通过精确的迟滞模型和遗传因子的递推最小二乘法，降低了在高速运动时的误差，提高了系统的稳定性和精度。这对于提升精密设备的性能，特别是对于需要高精度、高速度操作的工业应用具有重要意义。此外，由于其简单易实施的特性，这一方法对于工程实践具有很高的实用价值。