[00150086]柔顺宏微夹持系统的递阶协同控制技术研究

在微操作与微装配任务中,宏微夹持系统至关重要。然而,宏微夹持系统本质上是一个含非线性、时滞和不确定性等因素的高维约束系统,存在机电、刚柔双重强耦合。系统大范围宏运动极易激起柔顺微夹持器的非线性弹性振动,极大地降低了微夹持器的操控精度与稳定性,故而如何有效地实现对微操作物体的高速、高精度操作是一项富有挑战性的研究课题。 本项目针对大范围宏运动下柔顺微夹持器的高精度控制问题,构建典型宏微夹持系统,对系统建模及精密控制中的关键技术开展研究。主要完成内容包括：（1） 构建了包含压电微夹持器、激光传感器、应变传感器和多自由度并联平台的柔顺宏微夹持系统;（2） 建立描述压电驱动器迟滞非线性特性的改进Prandtl-Ishlinskii模型,建立分析柔顺机构位移放大倍数和输出位移耦合比的静力学变形模型,并利用拉格朗日方程得到了柔顺宏微夹持系统的整体非线性动力学模型;（3） 利用基于迟滞逆模型的前馈控制器对压电驱动器的输出迟滞进行补偿,利用前馈轨迹规划对大范围宏运动下的弹性振动进行抑制,利用闭环反馈控制对系统末端输出位移以及夹持力进行精密控制,从而提高系统控制精度与稳定性。本项目对宏微夹持系统的相关驱动原理和控制方法进行了有益探索,提高了微纳操控任务的控制稳定性、精准性和快速性,具有较好的应用前景。