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宏微运动平台的最优鲁棒跟踪控制算法研究OA

Optimal robust tracking control algorithm for a macro-micro motion stage

中文摘要英文摘要

宏微运动平台是一种用于实现长行程、高精度运动的复合运动系统.其中,柔性机构支撑微动台由于没有摩擦力,可有效提高宏微运动系统的整体精度.然而,这种宏微运动系统也存在耦合内应力、模型参数不确定性和控制架构约束等问题和挑战,导致性能提升有限.为实现精密跟踪和抑制控制输入抖振,提出了一种宏微运动平台的最优鲁棒控制算法.整体控制框架采用了一种二自由度控制结构.其中,前馈控制器通过名义动力学模型设计得到;反馈控制器通过求解一个考虑模型不确定性的混合H2/H∞最优分散控制问题得到.通过定义一个参数空间,把鲁棒稳定约束和分散式反馈结构约束投影为一个凸集,从而把该约束最优鲁棒控制问题描述成一个凸优化问题来高效求解.最后,样机实验验证了算法的有效性.

Macro-micro motion stage is a composite precision motion system for providing long-stroke high-precision movement.The micro stage with compliant mechanism support can effectively improve the overall accuracy of the macro-micro motion system since there is no friction.However,such macro-micro motion systems are faced with some problems and challenges,such as coupling internal stress,model parameter uncertainties and control architecture constraints,resulting in limited performance improvement.We propose an optimal robust control algorithm for achieving precision track and control input chattering suppression of the macro-micro motion stage.The overall control frame adopts a two-degree-of-freedom control structure.The feedforward controller is designed based on the nominal dynamic model.The feedback controller is obtained by solving a hybrid H2/H∞optimal decentralized control problem considering model uncertainty.By defining a parameter space,the robust stability constraint and the decentralized feedback constraint are projected into a convex set,then the constrained optimal robust control problem is described as a convex optimization problem to be efficiently solved.Finally,the effectiveness of the proposed algorithm is verified by prototype experiments.

袁黎明;钱晨;陈思鲁;张驰

省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室,广东 广州 510006||南京大学 工程管理学院,江苏 南京 210093中国科学院 宁波材料技术与工程研究所,浙江 宁波 315201中国科学院 宁波材料技术与工程研究所,浙江 宁波 315201中国科学院 宁波材料技术与工程研究所,浙江 宁波 315201

信息技术与安全科学

宏微运动平台柔性机构最优控制鲁棒控制分散式控制

macro-micro motion stagecompliant mechanismoptimal controlrobust controldecentralized control

《南京理工大学学报(自然科学版)》 2026 (1)

51-60,10

国家自然科学基金(52305041)省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室开放课题(JMDZ202317)中国博士后科学基金(2023M743626)中国科学院"全球共性挑战专项"项目(174433KYSB20210060)宁波市自然科学基金(2023J406)

10.14177/j.cnki.32-1397n.2026.50.01.006

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