高增益PID控制器实现纳米定位

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传统控制器实现有摩擦系统的大行程纳米定位

传统控制器实现有摩擦系统的大行程纳米定位卢礼华;梁迎春;于福利;苏宝库【期刊名称】《纳米技术与精密工程》【年(卷),期】2010(008)001【摘要】对于"伺服电机+滚珠丝杠"驱动机构,摩擦、饱和和高频振动等非线性因素是实现大行程无超调高精度点位(PTP)控制的主要障碍.针对这种驱动系统,在根据刚体动力学计算得到的线性传递函数的基础上,设计了高增益PID闭环控制系统和输入滤波器束实现大行程的纳米定位.配置闲环控制系统的极点为负实轴上的多重极点,避免了摩擦力补偿和双模控制策略的使用.为了避免驱动器饱和所导致的闭环系统响应超调现象,基于数字低通滤波器设计了闭环输入信号.实验结果表明,该定位系统可以实现大行程无超调纳米精度点位控制,10 nm～100mm定位响应的稳态误差不超过±5 nm.【总页数】6页(P1-6)【作者】卢礼华;梁迎春;于福利;苏宝库【作者单位】哈尔滨工业大学精密工程研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学精密工程研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学精密工程研究所,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TH273【相关文献】1.大行程纳米定位平台的位移数据采集系统 [J], 孙振宁;马树元2.复合控制模式的长行程纳米定位控制系统 [J], 张晴;王呐;周浩3.基于压电陶瓷光电相移驱动的大行程纳米定位系统 [J], 许素安;谢敏;孙坚;陈乐;王桂荣4.高增益PID控制器实现纳米定位 [J], 卢礼华;郭永丰;大刀川博之;梁迎春;下河边明5.基于PMAC控制器的纳米定位系统接口电路 [J], 王强;陆林海因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

提升控制精度的神器PID调试技术

提升控制精度的神器PID调试技术PID调试技术是一种提升控制精度的神器。

PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是目前工业控制系统中应用最广泛的控制算法之一，它通过不断调整输出信号，使被控对象的状态可以尽快、稳定地达到期望值，从而实现精确控制。

本文将介绍PID调试技术的原理、方法和应用，并探讨其对控制精度的提升效果。

一、PID调试技术的原理PID控制器由比例项（P项）、积分项（I项）和微分项（D项）三部分组成。

比例项通过调整输出与误差的线性关系，实现系统稳定；积分项通过积累误差并逐渐减小偏差，消除系统静态误差；微分项通过追踪误差变化率，增强系统的快速响应能力。

PID控制器根据以上三个部分的组合调节输出信号，使得系统能够更好地响应外部干扰和变化。

二、PID调试技术的方法PID调试技术是通过对PID参数的调整来实现控制系统优化。

常用的PID调试方法有以下几种：1. 手动调试法：根据经验和实际观察，通过逐步调整PID参数的大小，不断优化控制效果。

手动调试法简单易行，但需要操作人员具备较高的专业知识和丰富的经验。

2. Ziegler-Nichols方法：该方法通过系统单位阶跃响应的参数来确定PID参数的初值，并根据实验数据进行进一步细化。

Ziegler-Nichols方法适用于一些具有复杂特性的系统，可以较快地调整PID参数，但也需要较多的实验数据进行分析。

3. 优化算法法：利用现代优化算法如遗传算法、模拟退火算法等，通过数学模型和优化目标来自动调整PID参数。

优化算法法可以较好地进行全局搜索，并找到较优的PID参数组合，但也需要较多的计算资源和时间。

三、PID调试技术的应用PID调试技术广泛应用于各种控制系统中，其中包括但不限于以下领域：1. 工业自动化：PID控制器在工业自动化领域中应用广泛，可以用于温度控制、压力控制、流量控制等各类过程参数的调节，提高生产效率和产品质量。

复合控制模式的长行程纳米定位控制系统

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＬｏｎｇ・－ｓｔｒｏｋｅＮａｎｏ・・ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ，ＷＡＮＧＮａ，ＺＨ０ＵＨａｏ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｎｏ — ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｏｎｂａｓｅｏｆＢＰＮＮ — ＰＩＤ（ＢａｃｋＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＰＩＤ）．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎ —
驱动平台的超音波马达ＨＲ４及其驱动器ＡＢ２，共平面二维平台，及作为各轴位移反馈的多自由度传感器ＭＤＦＳ（ＭｕｌｔｉＤｅｇｒｅｅｓｏｆＦｒｅｅｄｏｍＳｅｎｓｏｒ）。超音波马达ＨＲ４及其驱动器ＡＢ２提供三种驱动模式（ＡＣ，Ｇａｔｅ和ＤＣ模式）来适应不同的行程、速度和分辨力要求；ＡＣ模式下使用ＢＰＮＮ— ＰＩＤ控制速度，Ｇａｔｅ模式下使用简单的比例ＰＩＤ控制步距，ＤＣ模式下重新使用ＢＰＮＮ— ＰＩＤ来锁定平台位置以达到准确定位。以ＳＩＯＳＳＰ一２０００激光干涉仪作为位移基

高精度 PID温度控制器

高精度PID温度控制器时间:2007-04-19 来源: 作者:江孝国王婉丽祁双喜点击：4468 字体大小:【大中小】摘要：介绍一种高精度的、采用PID 控制原理的温度控制器, 给出了实验结果。

这种控制器适用于小功率半导体器件的工作温度控制, 其控制精度可达±0.05℃。

1 引言温度控制已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节, 能否成功地将温度控制在所需的范围内关系到整个活动的成败。

由于控制对象的多样性和复杂性, 导致采用的温控手段的多样性。

例如: 某种半导体激光器对工作温度的稳定性有较高的要求, 一般要将温度控制在±0.1℃左右, 才能保证器件输出的激光波长不发生超出要求的漂移, 否则,激光波长的超范围漂移将使研究工作难以开展。

为达到这种温控要求, 笔者根据工作中的情况, 采用PID 控制原理研制成适合用于小功率半导体器件的温度控制器。

该控制器能够达到很好的控制效果, 若精心选择PID 的各种参数, 温度控制的精度可以达到±0.05℃, 完全可以保证器件的正常工作。

2 温度控制原理在上述温控实例中, 器件工作时产生的热量将使器件本身工作温度升高, 最后达到很高的基本稳定的温度。

较高的温度将严重影响器件的各种性能参数, 也很可能导致器件不能正常工作, 甚至损坏。

温度控制的目的就是将器件的工作温度以一定的精度稳定在一个较低的水平上, 这样一来就要求根据器件工作时的实际情况(如产热量大小等) 采取一定的措施,随时将产生的热量即时散掉, 并且要求器件在单位时间里产生的热量等于控制器在单位时间里吸收的热量, 若两者达到动态平衡, 则可以保持器件工作温度的稳定[1]。

在一定的控制系统中, 首先将需要控制的被测参数(如温度) 由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较, 把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值, 将控制量送给控制系统进行相应的控制, 不停地进行上述工作, 从而达到自动调节的目的。

54. 如何通过PID控制器实现精确定位？

54. 如何通过PID控制器实现精确定位？54、如何通过 PID 控制器实现精确定位？在现代工业控制和自动化领域，精确定位是一项至关重要的任务。

无论是机器人的运动控制、数控机床的加工精度，还是自动化生产线中的物料搬运，都对定位的准确性提出了极高的要求。

而 PID 控制器作为一种经典的控制算法，在实现精确定位方面发挥着重要作用。

那么，什么是 PID 控制器呢？PID 是比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative）的缩写。

这三个部分分别对控制过程产生不同的影响。

比例控制是 PID 控制器的基础部分。

它的作用就像是直接的力量推动，输出与误差成正比。

误差越大，输出的控制作用就越强。

比如说，在定位控制中，如果实际位置与目标位置差距较大，比例控制会产生较大的输出，促使系统尽快朝着目标位置移动。

积分控制则像是一个坚持不懈的努力者，它会对误差进行累积。

即使误差很小，但只要存在且持续一段时间，积分控制就会发挥作用，消除稳态误差。

在精确定位中，积分控制可以帮助系统在长时间运行后，更加准确地达到目标位置，避免微小的偏差累积。

微分控制就像是一个敏锐的观察者，它对误差的变化率做出反应。

当误差变化较快时，微分控制会产生较大的输出，起到抑制快速变化的作用。

在定位控制中，微分控制可以减少系统的超调，使系统更加稳定、快速地到达目标位置。

要通过 PID 控制器实现精确定位，首先需要合理地设置控制器的参数，即比例系数、积分时间常数和微分时间常数。

这可不是一件简单的事情，需要对系统的特性有深入的了解。

如果比例系数设置得过大，系统可能会出现超调，甚至不稳定；设置得过小，则系统的响应速度会很慢，无法快速达到目标位置。

积分时间常数如果设置得过大，积分作用就会不明显，无法有效地消除稳态误差；设置得过小，则可能会导致系统出现振荡。

微分时间常数设置得过大，可能会对噪声过于敏感；设置得过小，微分作用就无法发挥应有的效果。

纳米级定位控制技术在机械制造中的应用

纳米级定位控制技术在机械制造中的应用随着科学技术的不断进步，纳米级定位控制技术正逐渐应用于机械制造领域。

纳米级定位控制技术是一种高精度的定位技术，能够实现对物体在纳米级尺度上的准确定位和精确控制。

在机械制造过程中，纳米级定位控制技术的应用可以提高产品的质量和精度，并且具备节能环保的特点。

纳米级定位控制技术可以应用于机械制造的多个环节。

首先，在零部件的加工过程中，纳米级定位控制技术可以实现对工具和工件之间的准确定位，保证加工过程的精度和一致性。

在传统加工过程中，由于受到物料、工具、设备等因素的影响，加工精度常常无法得到保证。

而纳米级定位控制技术的应用可以通过精确的控制参数和动作，使得加工过程中零部件的尺寸、形状和表面粗糙度得到更好的控制。

这样一来，加工出来的零部件质量更高，与其它部件的匹配度更高，从而提高了整体产品的质量。

其次，纳米级定位控制技术在机械组装中也能够发挥重要作用。

在传统组装过程中，由于操作人员的误差和设备的限制，往往无法实现对工件的精确定位。

而纳米级定位控制技术可以通过引入传感器和控制系统，实时监测和控制工件的位置和状态，从而实现对工件的精确控制。

这种精确的组装技术可以避免工件之间的间隙和误差，保证整个装配过程的稳定性和可靠性。

同时，纳米级定位控制技术还可以减少组装过程中的人为错误，提高产能和效率。

此外，纳米级定位控制技术在机械制造中的应用还可以改善设备的性能和寿命。

在传统的机械制造过程中，由于设备本身的特性和使用环境的限制，无法实现对设备的精确控制和调整，容易产生寿命短、精度低、能耗高等问题。

而纳米级定位控制技术可以通过实时监测和控制设备的位置和电压等参数，对设备进行精确调整和优化。

从而延长设备的使用寿命，提高设备的性能和稳定性。

纳米级定位控制技术还可以实现设备的能耗监测和控制，达到节能环保的目的。

纳米级定位控制技术在机械制造中的应用可以显著提高产品的质量和效率，降低成本和能耗。

然而，这种技术的应用仍然面临一些挑战。

纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用研究

纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用研究摘要：纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用正日益受到关注。

本文综述了纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用研究，分析了其工作原理、关键技术和应用前景。

纳米级位置精度控制技术在提高集成电路晶圆制造设备的制程稳定性、工艺精度和产品质量等方面具有重要意义，对于推动集成电路行业的发展具有促进作用。

1. 引言随着集成电路技术的飞速发展，纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用备受瞩目。

集成电路的制造过程中，需要进行精确的位置控制，以确保器件的正常加工和组装。

传统的位置控制技术已无法满足纳米级位置精度要求，纳米级位置精度控制技术的应用成为提高制程稳定性、工艺精度和产品质量的关键。

2. 纳米级位置精度控制技术的工作原理纳米级位置精度控制技术利用高精度的定位系统和控制算法实现对物体的位置精确定位和调节。

其工作原理主要包括定位系统、传感器和控制系统三个部分。

定位系统利用传感器对物体的位置进行监测和反馈，然后通过控制系统对定位系统进行控制和调整，从而实现纳米级的位置精度控制。

3. 关键技术纳米级位置精度控制技术的实现涉及多个关键技术。

首先，高精度的传感器是实现纳米级位置精度控制的基础。

常见的传感器包括光学传感器、激光干涉仪和电容传感器等，它们能够实时监测物体的位置变化并提供高精度的反馈信号。

其次，控制算法是实现位置精度控制的核心。

常用的控制算法包括比例积分微分（PID）控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法等，它们能够根据物体位置的变化实时调整控制信号，实现精确的位置控制。

此外，稳定的机械结构和高精度的运动控制系统也是实现纳米级位置精度控制的关键，它们保证了控制系统的稳定性和精度。

4. 应用研究纳米级位置精度控制技术在集成电路晶圆制造设备中的应用研究主要集中在以下几个方面。

4.1 焊接和组装传统的焊接和组装过程中，位置控制的精度受到限制。

一维大行程高分辨率纳米定位平台的设计与性能测试

一维大行程高分辨率纳米定位平台的设计与性能测试荣伟彬;吴振广;孙立宁【期刊名称】《纳米技术与精密工程》【年(卷),期】2012(010)005【摘要】设计了一种大行程、高分辨率的一维纳米定位平台,并进行了性能测试.该平台采用差动杠杆原理和柔性铰链,运用两个压电陶瓷叠堆致动器驱动.对柔性铰链平台建模,通过材料力学及结构振动微分方程等相关知识,对柔性铰链微动平台的刚度、输入反作用力、放大倍数等参数进行了分析,得到平台结构参数对平台性能的影响,并结合有限元分析软件,确定了微动工作台参数；最后建立了实验系统,对微驱动定位系统的输出行程、分辨率性能进行了测试.实验结果表明,所设计的微驱动定位系统的行程达到240 μm,分辨率达到10 nm,外形尺寸80 mm×60mm×20mm,可用于大行程高分辨率微动定位.%Design and performance testing of a one-dimensional nano-positioning stage with large travel range and high resolution are presented.Driven by dual piezoeletric actuators,the stage is developed based on differential leverage and flexible hinge.Flexible hinge stiffness,input reaction force,and amplification ratio are firstly analyzed based on material mechanics and structural vibration.The finite element analysis is used for validating amplification ratio and admissible stress.Finally,the experimental setup is developed and the performance of the stage is tested.The results show that the stage has a travel range of over 240 μm and a resolution of about 10 nm with the outsize of 80 mm×60 mm×20 mm.The proposed stage based ondifferential leverage can be used for large travel-range nano-positioning with high resolution.【总页数】6页(P384-389)【作者】荣伟彬;吴振广;孙立宁【作者单位】哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP242【相关文献】1.圆筒型永磁同步直线电机大行程无过冲纳米定位驱动2.大行程纳米定位平台的位移数据采集系统3.复合控制模式的长行程纳米定位控制系统4.3-PRR平面三自由度纳米定位平台的设计5.传统控制器实现有摩擦系统的大行程纳米定位因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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Ｈａｂｎ１００，Ｃｉａ；．ＰｒｃｓｏｎｎｅｌｇｅｔＬａｏａｏｙ，Ｔｏｙｎｔｔｔｒｉ５０１ｈｎ２ｅｉｉｎａｄＩｔｌｉｎｂｒｔｒｋｏＩｓｉｕｅ
ｏｃｎｌｇＹｋｈｍ２ — ５３ＪｐｎｆＴｅｈｏｏｙ，ｏｏａａ２６８０，ａａ）
１ｍ～１０ｎ０ｍｍ阶跃响应的稳态误差不超过士２ｎｍ。关键词：滚珠丝杠；ＩＰＤ控制器；纳米定位；摩擦
文献标识码：Ａ中圈分类号：Ｐ７Ｔ２３
ＨｉｈｇｉＤｏｒｌｅｏａｏｅｅｓｔｏｉｇ－ａｎＰＩｃｎｔｏｌｒｆｒｎｎｍｔｒｐｏｉｉｎｎｇ
摘要：立了高增益ＰＤ闭环控制系统，直流伺服电机＋滚珠丝杠” 建Ｉ在“ 驱动机构上实现了大范围的纳米定位。对于“ 伺
服电机＋滚珠丝杠” 驱动系统来说，摩擦是实现纳米定位精度的主要障碍，它影响着系统微动特性并导致稳态误差针对这种驱动系统，在根据标定参数计算得到的线性传递函数的基础上，设计高增益不完全微分、比例反馈ＰＤ控制器，Ｉ配置闭环控制系统的极点为负实轴上的多重极点，避免了摩擦力建模和补偿。实验结果表明，高增益闭环控制系统有效该地抑制了摩擦等非线性因素的影响，在系统的宏动和微动特性阶段都可以实现单步的纳米定位并取得了一致的响应，
ｔｄｒｓｌｓｉｄｃｔｈｔｔｅＰＩｃｎｒｌｒｃｎｐｏｉｅａｓｆｉｉｎｌｉｈｌｏａｎｔｕｐｅｓｆｉｔｎｅｅｕｔｎｉａｅｔａｈＤｏｔｏｌａｒｖｄｕｆｃｅｔｙｈｇｏｐｇｉｏｓｐｒｓｒｃｉｅｏｅｆｃＯｔａｉｇｅｓｅａｏｔｒｐｓｔｎｎｎｎｆｒｒｓｏｓｓｏｉｒ — ｔｎａｄｍａｒｆｅｔＳｈｔｓｎｌ－ｔｐｎｎｍｅｅｏｉｉｉｇａｄｎｉｍｅｐｎｅｆｃｏｍｏｉｎｃｏｍｏｏｏｍｏ
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第１卷５
第１期
光精密工程学
０ｐｉｓａｄＰｒｃｓｏｇｉｅｉｇｔｎｅｉｉｎＥｎｎｅｒｎｃ
Ｖ０．５Ｎｏ１１１．
２ＯＯ７年１月
Ｊｎ２０ａ．０７
文章编号
ｄａｃｌｎｅａｒｃｉｄｅｉｎｏｍｐｅａｉｒｅｅｓｒ．Ｅｘｐｒｍｅｔｌａｉｌ — ｙｎｍｉｓａｏｎｄｎｏｆｉｔｏｎｍｏｌｎｇａｄｃｎｓｔｏｎｗｅｅｎｃｓａｙｅｉｎａｎｄｓｍｕａ
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１０ —２Ｘ（０７０ —０３００４９４２０）１０６ —６
高增益ＰＤ控制器实现纳米定位Ｉ
卢礼华，郭永丰，大刀川博之，梁迎春，下河边明。
（。１哈尔滨工业大学精密工程研究所，黑龙江哈尔滨１００；５０１
２东京工业大学精密．工学研究所，日横滨２６５３本２８０）
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