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二维步进扫描平台的自适应迭代学习控制算法研究

发布时间:2021-07-16 08:13
  前馈控制在直线电机运动平台的控制系统中具有重要作用。前馈控制通过先验知识获得前馈控制信号,使用前馈控制信号对误差进行预先补偿,从而有效的提高控制精度。对于对控制精度要求很高的轨迹跟踪任务,研究和实现高速高精度的前馈控制方法,具有重要的现实意义和应用价值。传统的前馈控制方法包括迭代学习控制、基于模型的前馈控制和迭代前馈调参方法等,它们各自具有不同的优缺点。迭代学习控制适用于重复性任务,可以有效提升控制精度,但非重复性扰动会导致误差累积,且泛化能力差。基于模型的前馈控制泛化能力强,但控制效果依赖于模型的质量。迭代前馈调参方法不依赖系统模型,且泛化能力强,但精度低于迭代学习控制。本文针对基因测序仪中执行步进扫描轨迹跟踪任务的二自由度直线电机工件台,根据高精度、具有泛化能力且不依赖于系统模型的控制需求,对前馈控制方法进行了理论分析,提出并设计了满足工件台控制需求的控制算法,并通过实验验证了算法的可行性与有效性。首先,根据物理意义建立控制对象的数学模型,并通过扫频实验辨识出模型参数,从而建立系统数学模型,为仿真建模和收敛性分析奠定了基础。根据工程实际中的控制任务,分析并说明了控制需求,并根据实际... 

【文章来源】:中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】:80 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

二维步进扫描平台的自适应迭代学习控制算法研究


基因测序仪概念图

结构图,工件,结构图


二维步进扫描平台的自适应迭代学习控制算法研究2处理和分析。基因测序仪包含光学系统、工件台等部件,本课题主要对基因测序仪中的精密步进工件台进行研究。精密步进工件台结构如图1.2所示,吸附卡具将基因芯片固定在平移台上,平移台带动芯片在X、Y、Z方向移动。其中,Z方向用于对光学系统进行调焦。由于在初始化配准过后,Z方向距离固定,只有出现较大偏差时才对Z向进行调整,因此本课题不考虑Z向的平移,可将工件台视为二自由度平台。二自由度平台的运动方式为步进扫描运动,在Y方向对基因芯片的各列进行步进扫描,X方向在Y方向每步进完一列时进行一次步进,移动到下一列,然后再对Y方向进行步进扫描,重复这一运动过程直到整张芯片扫描完成。通过控制系统控制对芯片的步进扫描运动过程,为了提高扫描的准确度和测序过程的效率,在扫描过程中要求扫描速度快、对参考轨迹的跟踪精度高,因此需要研究二自由度平台高速高精度的轨迹跟踪控制方法。图1.2精密步进工件台结构图Figure1.2Figureofsuper-precisionstage针对该二自由度平台的控制系统,研究的难点在于在提高定位精度的同时减少定位时间。传统控制方法由于受到机械系统频率特性的限制,在带宽方面存在限制,会对系统响应速度造成影响;而提高系统带宽的方法,如增加反馈增益、引入陷波器等,会影响系统的鲁棒性;在反馈控制中加入如系统逆模型的传统前馈控制方法依赖于系统模型的辨识精度,也会对系统性能造成影响。当前使用的

序列,扫频,输入信号


二维步进扫描平台的自适应迭代学习控制算法研究10YψψψTTcc121)(...(2.4)对于某个角频率,开环系统输出信号的幅值和相位如下:112cctg,2221ccAf...(2.5)在系统中待测量的频段以一定规律选取角频率序列nii,...,1,0},{,对序列中的每个角频率值,用上述的公式计算相频特性和幅频特性,可以得到开环系统的频率特性,并通过Matlab的频域分析函数invfreqsab),,,(],[mnH,实现系统开环传递函数的辨识。在系统中,相频特性是输出信号与输入信号相位之间的差值,幅频特性是稳态时输出振幅与输入振幅比值的分贝表示形式。由于输入信号ttAy)sin()(md中相位为零,则此时开环系统的相频和幅频可表示为:1120cctginoute...(2.6)mmfAccAAM2221lg20lg20...(2.7)本文使用幅值为800,起始频率为0.1Hz,终止频率为1000Hz的输入信号,进行持续时间为20秒的扫频。系统的扫频信号和系统的位置响应如图2.1和图2.2所示,扫频法得到的系统频率响应图如图2.3所示。最终辨识出的系统的模型为:2173985.57()43.65Psss...(2.8)图2.1扫频实验输入信号Figure2.1Inputsignalofsweepfrequencyexperiment

【参考文献】:
期刊论文
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[10]学习控制的现状与展望[J]. 许建新,侯忠生.  自动化学报. 2005(06)

硕士论文
[1]有铁芯直线电机推力波动的分析与补偿方法研究[D]. 付雪微.哈尔滨工业大学 2017



本文编号:3286637

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