压电致动微位移台摩擦控制：扩展的无平行Prandtl–Ishlinskii磁滞补偿器

"这篇研究论文探讨了一种使用扩展的非平行Prandtl-Ishlinskii磁滞补偿器的压电致动微位移台的前馈摩擦级比例积分-导数（PID）反馈控制方法，旨在提升微操作任务中的定位精度。论文中介绍了一个配备有位移放大器的压电柔性二自由度微操纵器，该装置在大工作空间和高运动精度方面具有优势。为了改善微操纵器的实际定位性能，作者提出了一个综合方案，包括集成反向前馈补偿器、反馈控制器和摩擦级PID控制器，以消除压电致动微位移台的不利共振模式，从而满足系统的精度要求。" 本文的重点在于解决压电致动微位移台在执行精密微操作时面临的摩擦力问题和共振问题。压电致动器因其快速响应和高分辨率而在微纳米定位领域广泛应用，但其工作过程中存在的摩擦和共振现象会影响定位精度。 首先，扩展的非平行Prandtl-Ishlinskii磁滞模型被用来补偿压电致动器的非线性磁滞效应。Prandtl-Ishlinskii模型是一种经典的描述材料滞回特性的数学模型，扩展的版本则更准确地模拟了实际压电材料的复杂行为，尤其是考虑了非平行效应，即磁滞曲线不完全对称的情况，这有助于更精确地预测和补偿由于摩擦引起的定位误差。 接着，文章提出了一种摩擦级PID控制器，这种控制器不仅包含传统的PID元素，还引入了对摩擦效应的考虑，以适应压电致动器在不同状态下的摩擦变化。PID控制器通过比例、积分和微分三部分来调节系统的响应，而摩擦级的引入使得控制器能够更好地应对因摩擦引起的动态变化，提高控制性能。 同时，论文中还包括了一个集成反向前馈补偿器，它的作用是提前预测并抵消由摩擦和非线性动态效应导致的误差，以减少系统对这些不确定性因素的敏感性。 最后，反馈控制器结合前馈控制策略，形成一个全面的控制方案，能够实时监测和调整压电致动微位移台的运动状态，进一步抑制系统的共振现象，确保微位移台的稳定性和精度。 这篇研究论文提供了一种创新的控制策略，通过深入理解和补偿压电致动器的非线性特性，尤其是摩擦和磁滞效应，以实现压电微位移台在精密微操作中的高精度定位。这种方法对于提高微纳米技术领域的设备性能和应用范围具有重要意义。