微納米定位技術(shù)v3課件

微細(xì)制造朱利民zhulm@，34206545微細(xì)制造朱利民1.納米定位系統(tǒng)概述2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈微位移平臺(tái)3.微位移平臺(tái)的控制方法4.納米定位技術(shù)的應(yīng)用納米定位系統(tǒng)1.納米定位系統(tǒng)概述2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈微位移平臺(tái)3.1.納米定位系統(tǒng)1.納米定位系統(tǒng)1.1微納米制造裝備多維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高加速度、大載荷、高定位精度、高同步精度、真空環(huán)境、……。光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)

雙目顯微視覺對(duì)準(zhǔn)、光柵相位對(duì)準(zhǔn)、基于CCD的預(yù)定位、……。工藝過程控制系統(tǒng)

在極短的時(shí)間內(nèi)精確控制工作區(qū)域內(nèi)的溫度、功率、壓力和流量等工藝過程參數(shù)。1.1微納米制造裝備多維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)工藝過程控制系統(tǒng)1.2微納米定位平臺(tái)的組成1.2微納米定位平臺(tái)的組成12-15G高加速度12-15G高速度0.8~1m/s2-3G1.5G驅(qū)動(dòng)形式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)球滾動(dòng)導(dǎo)軌柱滾動(dòng)導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌載荷大小行程大小直線電機(jī)DD馬達(dá)1.5~3kg40kg1~2kg50~100mm300mm應(yīng)用領(lǐng)域微電子制造裝備潔凈環(huán)境(1~10萬)等級(jí)真空環(huán)境（10-6~10-9托）熱場(chǎng)\氣流場(chǎng)\靜電場(chǎng)\磁場(chǎng)精密操縱作業(yè)環(huán)境多物理場(chǎng)及其耦合直線電機(jī)高精密定位系統(tǒng)光刻機(jī)前道主機(jī)平臺(tái)后道制造Wirebonder光刻機(jī)平臺(tái)12-15G高加速度12-高速度0.8~12-3G1.5G驅(qū)傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)與絲杠、減速器、軸承等組合的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，引入摩擦、間隙、機(jī)械彈性變形等問題，無法滿足納米精度要求。

應(yīng)用于納米級(jí)精密定位領(lǐng)域的執(zhí)行器主要有：

1）洛倫茨電機(jī)：直線電機(jī)、平面電機(jī)、音圈電機(jī)2）固態(tài)執(zhí)行器：壓電執(zhí)行器、磁致伸縮執(zhí)行器、…1.2用于納米定位的執(zhí)行器種類傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)與絲杠、減速器、軸承等組合的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，引入直線電機(jī)直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以看成是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后加速度可以達(dá)到2.5~6g。存在齒槽效應(yīng)和邊緣效應(yīng)所造成的力矩紋波，給控制帶來了一定困難。

1）洛倫茨電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)工作原理直線電機(jī)1）洛倫茨電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)工作原理音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor）音圈電機(jī)是一種特殊形式的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī).

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、高速、高加速、響應(yīng)快等特性.

其工作原理是,

通電線圈(導(dǎo)體)

放在磁場(chǎng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生力,

力的大小與施加在線圈上的電流成比例.

基于此原理制造的音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)形式可以為直線或者圓弧.

音圈電機(jī)一般可以達(dá)到500-1000Hz的運(yùn)動(dòng)頻率，甚至更高。其控制位置精度最高到幾十個(gè)納米這樣的精度要求。采用直線音圈電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后加速度可高達(dá)10g以上。但由于沒有中間減速裝置，因此對(duì)負(fù)載變化很敏感。此外，支撐導(dǎo)軌非線性摩擦也給定位系統(tǒng)的控制帶來困難。

圓柱形直線音圈電機(jī)擺角式音圈電機(jī)矩形直線音圈電機(jī)音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor）圓柱形直線音圈電超聲波直線超聲波電動(dòng)機(jī)是以超聲頻域的機(jī)械振動(dòng)為驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)器。由于激振元件為壓電陶瓷，所以也稱為壓電馬達(dá)。具有低速大力矩輸出、功率密度高、起?？刂菩院?、精確定位、、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。采用超聲波直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)有效提高了重復(fù)定位精度，但平臺(tái)的速度和加速度不高。

超聲波電機(jī)超聲波直線超聲波電機(jī)微納米定位技術(shù)v3課件2）固態(tài)執(zhí)行器壓電陶瓷執(zhí)行器

當(dāng)壓電晶體在外力作用下發(fā)生形變時(shí)，在它的某些對(duì)應(yīng)面上產(chǎn)生異號(hào)電荷，這種沒有電場(chǎng)作用，只是由于形變產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。

當(dāng)壓電晶體施加一電場(chǎng)時(shí)，不僅產(chǎn)生了極化，同時(shí)還產(chǎn)生了形變，這種由電場(chǎng)產(chǎn)生形變的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一類能產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)的壓電晶體。壓電陶瓷執(zhí)行器具有體積小、位移分辨率高（亞納米級(jí)）、響應(yīng)速度快（幾十微秒）、輸出力大、換能效率高、靜態(tài)不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)。但壓電陶瓷執(zhí)行器的行程最大一般只有數(shù)百微米。

應(yīng)用：壓電陶瓷執(zhí)行器常用于超精密納米定位機(jī)構(gòu)中。壓電陶瓷執(zhí)行器2）固態(tài)執(zhí)行器壓電陶瓷執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器某些磁性體的外部一旦加上磁場(chǎng)則磁性體的外形尺寸會(huì)發(fā)生變化，利用這種現(xiàn)象制作的驅(qū)動(dòng)器稱為磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器。

精度可達(dá)納米級(jí)，響應(yīng)速度快(微秒級(jí))，輸出力大，工作電壓低(幾伏至幾十伏)，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。但為了消除線圈發(fā)熱引起的熱變形因素的影響，必須專門設(shè)計(jì)恒溫冷卻系統(tǒng)，給其應(yīng)用帶來了不利因素。

磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器原理圖磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮執(zhí)行器磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器原理圖磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮執(zhí)行器與壓電陶瓷執(zhí)行器比較推力：磁致伸縮執(zhí)行器>壓電陶瓷執(zhí)行器最大行程：磁致伸縮執(zhí)行器>壓電陶瓷執(zhí)行器位移分辨率：磁致伸縮執(zhí)行器（納米級(jí)）<壓電陶瓷執(zhí)行器（亞納米級(jí)）響應(yīng)速度：磁致伸縮執(zhí)行器<壓電陶瓷執(zhí)行器工作帶寬：磁致伸縮執(zhí)行器（幾十Hz到1000Hz）<壓電陶瓷執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器與壓電陶瓷執(zhí)行器比較電致伸縮陶瓷執(zhí)行器壓電體在外電場(chǎng)外電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生區(qū)別于逆壓電效應(yīng)的形變，其大小與場(chǎng)強(qiáng)成比例。電致伸縮陶瓷執(zhí)行器是由特殊壓電材料制成的具有良好的溫度穩(wěn)定性及大的電致伸縮效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。其產(chǎn)生的形變與外電場(chǎng)的平方成正比，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器在低電壓段位移分辨率高、高電壓段位移分辨率低的現(xiàn)象，降低了驅(qū)動(dòng)器整體分辨率。另外，驅(qū)動(dòng)器材料的溫度漂移系數(shù)比較大，在高精度應(yīng)用中對(duì)環(huán)境的要求較高。電致伸縮陶瓷執(zhí)行器電致伸縮陶瓷執(zhí)行器電致伸縮陶瓷執(zhí)行器

微位移傳感器主要有：激光干涉儀電容式傳感器電感式傳感器應(yīng)變式傳感器光柵式傳感器……1.3微位移傳感器微位移傳感器主要有：1.3微位移傳感器1）激光干涉儀（laserinterferometer）原理：以激光波長(zhǎng)為已知長(zhǎng)度，利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測(cè)量位移的通用長(zhǎng)度測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：量程大，分辨率高，抗干擾能力好。缺點(diǎn)：系統(tǒng)龐大，造價(jià)昂貴。2）電容式傳感器原理：將位移量轉(zhuǎn)化為電容值的變化，有變間隙式、變面積式和變界電常數(shù)式三種。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分辨率高，精度可靠，屬于非接觸式測(cè)量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，發(fā)熱小。缺點(diǎn)：容易受寄生電容和外界的干擾。1）激光干涉儀（laserinterferometer）3）電感式傳感器原理：將位移的變化量轉(zhuǎn)化為互感或自感的變化。優(yōu)點(diǎn)：有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、易于安裝、分辨率高；缺點(diǎn)：處理電路較為復(fù)雜，對(duì)于它的精度、穩(wěn)定性影響較大。隨著一些專用集成信號(hào)條理芯片的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。4）應(yīng)變式位移傳感器原理：將位移量變成金屬或半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變，引起應(yīng)變片的電阻變化。優(yōu)點(diǎn)：從理論上講，其分辨率很高，成本低；缺點(diǎn)：接觸式測(cè)量；受溫度、襯底材料和粘貼的影響。微位移傳感器介紹3）電感式傳感器微位移傳感器介紹5）光柵傳感器優(yōu)點(diǎn)：分辨率高、精度好、不受磁場(chǎng)、電場(chǎng)的影響。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，適應(yīng)性有局限，油污和灰塵會(huì)影響它的可靠性。光柵傳感器5）光柵傳感器光柵傳感器傳感器對(duì)比傳感器對(duì)比

微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有：柔性鉸鏈板彈簧氣浮磁浮1.4微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有：1.4微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙。柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通常與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器配合組成微位移定位平臺(tái)。行程從亞微米到亞毫米，且可達(dá)到納米級(jí)定位精度。柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)板彈簧導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以板彈簧作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可組成中等行程的高精密定位平臺(tái)。行程可以達(dá)到mm級(jí)，定位精度在nm級(jí)。板彈簧導(dǎo)向機(jī)構(gòu)氣浮導(dǎo)軌氣浮技術(shù)具有高精度、高速度、高分辨率，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，外部干擾對(duì)工作臺(tái)精度影響較大。氣浮平臺(tái)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，基于氣浮導(dǎo)軌支撐。傳感器可采用直線光柵尺。行程一般有幾百毫米。定位精度一般在微米級(jí)，最好可以達(dá)到10nm左右。氣浮導(dǎo)軌臺(tái)灣HIWIN公司最大行程：1000mm﹡1000mm定位精度：um級(jí)自由度：X/Y支撐方式：氣浮導(dǎo)軌日本yokogawa自由度：X/Y/R重復(fù)定位精度：0.1um（XY向）

0.05角秒（θ）支撐方式：氣浮導(dǎo)軌白俄羅斯RUCH公司重復(fù)定位精度：3um自由度：X/Y支撐方式：氣浮導(dǎo)軌最大行程：150mm﹡310mm自由度：X/Y定位精度：um級(jí)德國(guó)PSIM公司臺(tái)灣HIWIN公司最大行程：1000mm﹡1000mm日本y微納米定位技術(shù)v3課件磁浮導(dǎo)軌利用磁懸浮原理，具有直接驅(qū)動(dòng)、無摩擦、無遲滯和無回空間隙等優(yōu)點(diǎn)，并可應(yīng)用于高潔凈和高真空等極端環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：磁浮導(dǎo)軌發(fā)熱大；在大行程范圍內(nèi)，由于溫度場(chǎng)變化和永磁體內(nèi)力作用導(dǎo)致致動(dòng)器結(jié)構(gòu)細(xì)微變形，對(duì)推力和納米級(jí)定位精度產(chǎn)生擾動(dòng)；磁浮致動(dòng)器六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)耦合問題、開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題以及無阻尼系統(tǒng)的快速定位問題都需要研究先進(jìn)的控制算法來解決；以上問題限制了其在超精密領(lǐng)域的應(yīng)用。磁浮平臺(tái)一般采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用磁浮導(dǎo)軌支撐。行程一般可達(dá)到幾十毫米。目前磁浮平臺(tái)定位精度一般可達(dá)到nm級(jí)。磁浮導(dǎo)軌28MIT自由度：3行程：50mm＊50mm＊400um定位誤差：5nm(XY),10nm(Z)支撐方式：磁浮TexasA&MUniversity行程：5mm＊5mm位移分辨率：3nm(XY)支撐方式：磁浮UniversityofNorthCarolina自由度：3行程：25mm＊25mm＊0.1mm定位精度：10nm支撐方式：磁浮TokyoInstituteofTechnology行程：18mm＊18mm位移分辨率：3nm(XY)支撐方式：氣浮PHILIPS公司超精密平面電機(jī)自由度：X/Y/Z/Rx/Ry/Rz定位精度：﹤10nm支撐方式：磁浮導(dǎo)軌28MIT自由度：3TexasA&MUniversity三種微納米定位平臺(tái)性能對(duì)比行程：氣浮平臺(tái)（m級(jí)）>磁浮平臺(tái)（mm級(jí)）>柔性鉸鏈導(dǎo)向平臺(tái)（um級(jí)）定位精度：氣浮平臺(tái)（um級(jí)）>磁浮平臺(tái)（nm級(jí)）>柔性鉸鏈導(dǎo)向平臺(tái)（nm級(jí)）負(fù)載：速度：三種微納米定位平臺(tái)性能對(duì)比2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器，以柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，多采用電容式傳感器作為微位移傳感器。

2.1壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)簡(jiǎn)介壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器，按照運(yùn)動(dòng)自由度，可以分為一維、二維、三維等微定位平臺(tái)。一維X平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)二維XY平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)50um,2.2kHz15umX15um,8.9kHzX8.9kHz按照運(yùn)動(dòng)自由度，可以分為一維、二維、三維等微定位平臺(tái)。一維三維XYZ平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)6.5umX6.6umX4.2um,8.8kHzX8.9kHzX48.4kHz三維XYθZ微動(dòng)臺(tái)238umX229umX0.23°,98.24HzX98.34HzX88.24Hz三維XYZ平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)6.5umX6.6umX4.2u按照XY軸連接方式分類

在平動(dòng)型微動(dòng)臺(tái)中，根據(jù)X、Y軸連接方式的不同可以分為串聯(lián)型微位移機(jī)構(gòu)與并聯(lián)型微定位平臺(tái)串聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)并聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)按照XY軸連接方式分類串聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)并聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)按照微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度分類

通常由于微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的諧振頻率與剛度成正比，而最大行程與剛度成反比，因此微位移機(jī)構(gòu)可以分為大行程微位移機(jī)構(gòu)和高帶寬（小行程）微位移機(jī)構(gòu)。大行程微動(dòng)臺(tái)117umX117um,110HzX110Hz高帶寬微動(dòng)臺(tái)10umX10um,1.5kHzX29Hz按照微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度分類大行程微動(dòng)臺(tái)117umX11常用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的類型

薄板型驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectricplateactuator）管狀驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectrictubeactuator）堆疊式驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectricstackactuator）

雙晶片型驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectrcibimorphactuator）……

2.2壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器堆疊式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器常用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的類型2.2壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器堆疊式壓電陶瓷微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件

PI公司壓電陶瓷產(chǎn)品

P-TECH公司壓電陶瓷產(chǎn)品PI公司壓電陶瓷產(chǎn)品PIEZOMAX公司壓電陶瓷產(chǎn)品JENA公司壓電陶瓷產(chǎn)品PIEZOMAX公司壓電陶瓷產(chǎn)品JENA公司壓電壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器一般由壓電陶瓷片粘連或者熔合在一起，因此，對(duì)于拉力、拉應(yīng)力及側(cè)向力、彎矩等十分敏感，這些受力易引起壓電陶瓷失效。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器一般由壓電陶瓷片粘連或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的選型1）確定微動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，如行程，剛度，諧振頻率等。2）根據(jù)行程、剛度指標(biāo)選擇壓電陶瓷類型3）確定壓電陶瓷具體型號(hào)Example1：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到40um的大行程，對(duì)于剛度、諧振頻率無明確要求。分析：由于對(duì)于剛度及諧振頻率無明確要求，可先根據(jù)行程選擇壓電陶瓷。40um行程為中等行程，因此選擇具有一般剛度特性的堆疊式壓電陶瓷?？紤]到微動(dòng)臺(tái)最終行程較壓電陶瓷最大行程會(huì)有損失，選擇了PI840.3型號(hào)壓電陶瓷。其名義最大位移45um，剛度為19N/um，最大驅(qū)動(dòng)力為1000N。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的選型Example2：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到10um的大行程，諧振頻率要求10kHz以上。分析：由于微動(dòng)平臺(tái)的諧振頻率較高，因此需要選擇具有高剛度特性的堆疊式壓電陶瓷。根據(jù)行程要求，考慮到壓電陶瓷最大行程在微動(dòng)臺(tái)上的損失，選擇NoliacNAC2021-H12型號(hào)壓電陶瓷。其名義最大位移為14.7um，剛度為140N/um,最大出力2060N。

Example2：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到10um的大行程，諧振頻率常用電容傳感器類型

兩片式電容傳感器

單極探針式電容傳感器

2.3電容傳感器PI：D-015,D-050,D-100ultra-high-resolutioncapacitivepositionsensors

MeasuringRangeto1000μm

Resolution<0.01nm

Linearityto0.003%

Bandwidthto10kHz

MicroSense8810MeasuringRangeto2000μm

Resolution<0.8nm

Linearityto0.08%

Bandwidthto20kHz

常用電容傳感器類型2.3電容傳感器PI：D-015,D-電容傳感器的選型根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)的行程、精度以及控制帶寬要求，確定傳感器的型號(hào)一般，對(duì)于微動(dòng)平臺(tái)的諧振頻率無明確要求的多選擇兩片式電容傳感器。對(duì)于高帶寬微動(dòng)平臺(tái)，多選擇探針式傳感器，因?yàn)閮善絺鞲衅鞯陌惭b會(huì)增加微動(dòng)平臺(tái)的負(fù)載，導(dǎo)致諧振頻率降低。電容式傳感器一般都具有比較優(yōu)良的線性工作區(qū)間，因此需要根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)的行程選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌xample1：微動(dòng)平臺(tái)行程為40um，對(duì)于剛度、諧振頻率無明確要求。分析：行程40um對(duì)應(yīng)的微動(dòng)平臺(tái)一般諧振頻率較低，因此采用兩片式傳感器比較合適。選擇PID-100.00傳感器，傳感器最大量程為100um。

電容傳感器的選型Example2：微動(dòng)平臺(tái)行程為10um，諧振頻率在10kHz以上。分析：微動(dòng)平臺(tái)具有高帶寬特性，因此選擇探針式傳感器比較合適。同時(shí)，需要考慮控制帶寬可能會(huì)達(dá)到幾kHz，因此傳感器選擇時(shí)需考慮其測(cè)量帶寬。最終選型：MicroSense8810，配合2823探針。測(cè)量行程：20um；測(cè)量精度：1nm以下；測(cè)量帶寬：10kHz。

Example2：微動(dòng)平臺(tái)行程為10um，諧振頻率在10k壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)把力、位移等輸出給被驅(qū)動(dòng)對(duì)象，柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)是微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的合理性和有效性很大程度上決定了微位移系統(tǒng)的性能。納米級(jí)微位移定位機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的位移機(jī)構(gòu)有很大的不同，其傳動(dòng)副是彈性平板（Elasticplate）和柔性鉸鏈（Flexurehinge）結(jié)構(gòu)。柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)：最早由Paros和Weisbord提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙的傳動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。simplecantileverLeafHinge典型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)2.4柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)把力、位移等輸出給被驅(qū)動(dòng)對(duì)象，設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)需根據(jù)平臺(tái)的指標(biāo)要求，如剛度、諧振頻率等合理選擇鉸鏈類型。

選擇適當(dāng)?shù)娜嵝糟q鏈的布局，確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。

對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)（剛度分析）及動(dòng)力學(xué)（諧振頻率分析）

基于靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以確保其性能指標(biāo)。

利用ANSYS等軟件進(jìn)行有限元仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性。

2.4.1微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)需根據(jù)平臺(tái)的指標(biāo)要求，如剛度、諧振頻率等合理選擇1）直角平行板柔性鉸鏈

直角平行板柔性鉸鏈?zhǔn)俏⑽灰茩C(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種鉸鏈。直角平行板柔性鉸鏈利用卡氏定理進(jìn)行剛度分析2.4.2常用柔性鉸鏈1）直角平行板柔性鉸鏈直角平行板柔性鉸鏈利用卡氏定理進(jìn)行剛度直角平行板柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)直角平行板柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)2）凹口柔性鉸鏈

凹口柔性鉸鏈在應(yīng)用中多用作轉(zhuǎn)動(dòng)副。根據(jù)凹口形狀不同可以分為圓形凹口鉸鏈、橢圓形凹口鉸鏈、直角形凹口鉸鏈、拋物線形凹口鉸鏈、雙曲線形凹口鉸鏈等。不同類型的凹口柔性鉸鏈2）凹口柔性鉸鏈不同類型的凹口柔性鉸鏈不同類型凹口柔性鉸鏈性能對(duì)比不同類型凹口柔性鉸鏈性能對(duì)比以圓形凹口柔性鉸鏈為例，計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度簡(jiǎn)化公式：以圓形凹口柔性鉸鏈為例，計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度簡(jiǎn)化公式：凹口柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)凹口柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)3）混合型柔性鉸鏈

混合型柔性鉸鏈既保持了相對(duì)較大的剛度，又減小了在鉸鏈末端易出現(xiàn)的應(yīng)力集中?；旌闲腿嵝糟q鏈平動(dòng)剛度：n為鉸鏈個(gè)數(shù)，左圖n=3。轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：T為凹口厚度，R為凹口半徑。3）混合型柔性鉸鏈混合型柔性鉸鏈平動(dòng)剛度：n為鉸鏈個(gè)數(shù)，左圖三種鉸鏈的剛度及諧振頻率對(duì)比：剛度：直角平行板鉸鏈>混合柔性鉸鏈>凹口柔性鉸鏈諧振頻率：直角平行板鉸鏈>混合柔性鉸鏈>凹口柔性鉸鏈三種鉸鏈的剛度及諧振頻率對(duì)比：

1）鉸鏈布局2.4.3微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮因素當(dāng)鉸鏈只分布在末端執(zhí)行器的一側(cè)時(shí)（a所示），微位移機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生側(cè)向誤差。c結(jié)構(gòu)通過鉸鏈雙平行結(jié)構(gòu)減小了誤差，但仍不能消除。設(shè)計(jì)過程中，a，c需配合其他結(jié)構(gòu)來減小這種誤差。b,d結(jié)構(gòu)消除了側(cè)向誤差，但d結(jié)構(gòu)的剛度較b結(jié)構(gòu)減小了一半。最基本的鉸鏈結(jié)構(gòu)布局1）鉸鏈布局2.4.3微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮因素上圖所示微位移機(jī)構(gòu)對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的部分采用了大剛度的直梁結(jié)構(gòu)，可以保證末端執(zhí)行器的直線運(yùn)動(dòng)，從而最大程度減小了側(cè)向誤差。上圖所示微位移機(jī)構(gòu)對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的部分采用了大微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件

2）放大機(jī)構(gòu)在微位移機(jī)構(gòu)中，當(dāng)需要達(dá)到比壓電陶瓷最大行程還大的位移時(shí)，可以借助于放大機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。杠桿放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)注：一般實(shí)際的放大倍數(shù)會(huì)比理論值偏小。原因是在變形過程中杠桿不是絕對(duì)的剛體，發(fā)生了輕微變形，將能量以變形能形式貯存在杠桿中。2）放大機(jī)構(gòu)在微位移機(jī)構(gòu)中，當(dāng)需要達(dá)到杠桿放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：15um微動(dòng)臺(tái)單方向最大行程：25um杠桿放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：15um橋式放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)橋式放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)橋式放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：38um微動(dòng)臺(tái)單方向最大行程：119um橋式放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：38um3.微納米定位系統(tǒng)的控制方法3.微納米定位系統(tǒng)的控制方法磁滯(hysteresis)磁滯是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的固有非線性現(xiàn)象，具有復(fù)雜的多值映射、非局部記憶性等非線性特性一般情況下，其正向曲線和反向曲線的磁滯誤差可以高達(dá)15%。3.1納米定位的限制因素

磁滯(hysteresis)磁滯是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的固有非線性振動(dòng)(vibration)

當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率接近于壓電掃描器本身的固有頻率時(shí)，會(huì)引起共振現(xiàn)象，使得掃描器的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭曲。振動(dòng)(vibration)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率接近于壓電掃交叉耦合(cross-coupling)不同軸之間的相互作用交叉耦合(cross-coupling)不同軸之間的相互作用蠕變(creep)一般發(fā)生在掃描速度較慢的情況下?？梢酝ㄟ^明確的數(shù)學(xué)模型描述，也可以通過常規(guī)的PID反饋來消除。蠕變(creep)一般發(fā)生在掃描速度較慢的情況下。3.2納米定位控制方法

納米定位控制器一般有如下三種結(jié)構(gòu)：前饋控制（feedforward）反饋控制（feedback）混合控制（feedforward+feedback）3.2納米定位控制方法納米定位控制器一般有如下三種結(jié)前饋控制

前饋控制的主要作用是改善跟蹤性能，一般有兩種方式：逆磁滯補(bǔ)償——補(bǔ)償磁滯非線性，線性化模型基于模型的前饋——補(bǔ)償振動(dòng)特性，提高跟蹤帶寬前饋控制前饋控制的主要作用是改善跟蹤性能，一般有兩種方式逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)定義：通過建立磁滯逆模型，根據(jù)期望軌跡，計(jì)算出控制輸入，補(bǔ)償磁滯非線性。逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)逆磁滯補(bǔ)償步驟：方法一：建立磁滯模型磁滯模型的參數(shù)辨識(shí)求解磁滯逆模型方法二：直接建立磁滯逆模型磁滯逆模型的參數(shù)辨識(shí)重點(diǎn)：磁滯模型的選擇；模型參數(shù)的辨識(shí)。逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)磁滯模型分類：逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)模型參數(shù)的辨識(shí)：基于導(dǎo)數(shù)的方法：最速下降法、牛頓法……直接搜索的方法：?jiǎn)渭冃畏?、信賴域法……智能算法：遺傳算法、進(jìn)化算法、蟻群算法、粒子群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法……逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)應(yīng)用：壓電驅(qū)動(dòng)的微操作器的磁滯補(bǔ)償逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)應(yīng)用：AFM的磁滯補(bǔ)償逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompe基于模型的前饋(Model-BasedFeedforward)前饋輸入的求解方法dc-GainInverse：InvertingPeriodicTrajectories：ExactInverse：OptimalInverse：基于模型的前饋(Model-BasedFeedforwar應(yīng)用：軌跡跟蹤基于模型的前饋(Model-BasedFeedforward)應(yīng)用：軌跡跟蹤基于模型的前饋(Model-BasedFee應(yīng)用：STM掃描基于模型的前饋(Model-BasedFeedforward)應(yīng)用：STM掃描基于模型的前饋(Model-BasedFe應(yīng)用：AFM掃描基于模型的前饋(Model-BasedFeedforward)應(yīng)用：AFM掃描基于模型的前饋(Model-BasedFe應(yīng)用：提高壓電掃描器的定位帶寬基于模型的前饋(Model-BasedFeedforward)應(yīng)用：提高壓電掃描器的定位帶寬基于模型的前饋(Model-B反饋控制

反饋控制可以用來消除磁滯、蠕變、振動(dòng)等特性，實(shí)現(xiàn)精密定位。最大的問題就是低增益裕量。其結(jié)構(gòu)形式如下：反饋控制反饋控制可以用來消除磁滯、蠕變、振動(dòng)等特性，實(shí)現(xiàn)精積分控制（IntegralControl）

積分控制是最常用的一種反饋控制方法。優(yōu)勢(shì)：在低頻處可以提供高增益反饋，克服蠕變和磁滯非線性。缺點(diǎn)：高頻率時(shí)失效。應(yīng)用：商用的SPM。積分控制（IntegralControl）積分控制是高增益反饋控制(High-gainFeedbackControl)控制結(jié)構(gòu)：陷波濾波器+高增益反饋控制器陷波濾波器傳遞函數(shù)：作用：解決反饋控制器的低增益問題，“整平”尖銳的共振峰，實(shí)現(xiàn)高頻處的精密定位。高增益反饋控制(High-gainFeedbackCon高增益反饋控制(High-gainFeedbackControl)應(yīng)用：納米定位平臺(tái)的共振控制大大減少了平臺(tái)在第二共振頻率處的增益高增益反饋控制(High-gainFeedbackCon高增益反饋控制(High-gainFeedbackControl)應(yīng)用：AFM中壓電掃描管控制幅值裕量從-17.05dB增加到30.86dB高增益反饋控制(High-gainFeedbackCon混合控制前饋+反饋前饋控制——improvesystem

performance反饋控制——accountformodelingerrors

rejectdisturbances,noises結(jié)構(gòu)形式有如下兩種：

混合控制前饋+反饋混合控制應(yīng)用：納米定位平臺(tái)的高帶寬控制，利用反饋控制抑制諧振特性，利用前饋改善跟蹤性能?；旌峡刂茟?yīng)用：納米定位平臺(tái)的高帶寬控制，利用反饋控制抑制諧振其他控制方法納米定位控制方法反饋控制積分控制高增益反饋控制先進(jìn)控制技術(shù)正位置反饋魯棒控制超前/滯后狀態(tài)反饋……前饋控制逆磁滯補(bǔ)償基于模型的前饋迭代控制迭代學(xué)習(xí)控制重復(fù)控制反向迭代控制無傳感器控制壓電管掃描器基于圖像的控制其他控制方法納米定位控制方法反饋控制積分控制高增益反饋控制先4.微納米定位技術(shù)的應(yīng)用4.微納米定位技術(shù)的應(yīng)用4.1微納米定位技術(shù)在原子力顯微鏡中的應(yīng)用

利用高帶寬納米精度定位平臺(tái)作為掃描器，取代AFM中原有的壓電管，使得AFM掃描速度大幅度提升，甚至達(dá)到視頻的速度，從而可以觀察到一些生物分子的運(yùn)動(dòng)。利用集成高帶寬定位平臺(tái)掃描器的AFM，觀察到的單個(gè)球蛋白分子沿蛋白絲的運(yùn)動(dòng)。像素：100X100.每幀圖掃描時(shí)間80ms.4.1微納米定位技術(shù)在原子力顯微鏡中的應(yīng)用利用高帶寬納米4.2微納米定位技術(shù)在微納米操縱中的應(yīng)用

微夾鉗，用于操縱生物細(xì)胞4.2微納米定位技術(shù)在微納米操縱中的應(yīng)用微夾鉗，用于操縱4.2微納米定位技術(shù)在微納米操縱中的應(yīng)用

4.2微納米定位技術(shù)在微納米操縱中的應(yīng)用4.3微納米定位技術(shù)在微納米加工中的應(yīng)用

Nanomachininglithography4.3微納米定位技術(shù)在微納米加工中的應(yīng)用Nanomach納米雕銑納米雕銑納米銑削納米銑削微細(xì)制造朱利民zhulm@，34206545微細(xì)制造朱利民1.納米定位系統(tǒng)概述2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈微位移平臺(tái)3.微位移平臺(tái)的控制方法4.納米定位技術(shù)的應(yīng)用納米定位系統(tǒng)1.納米定位系統(tǒng)概述2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈微位移平臺(tái)3.1.納米定位系統(tǒng)1.納米定位系統(tǒng)1.1微納米制造裝備多維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

多軸聯(lián)動(dòng)、高速、高加速度、大載荷、高定位精度、高同步精度、真空環(huán)境、……。光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)

雙目顯微視覺對(duì)準(zhǔn)、光柵相位對(duì)準(zhǔn)、基于CCD的預(yù)定位、……。工藝過程控制系統(tǒng)

在極短的時(shí)間內(nèi)精確控制工作區(qū)域內(nèi)的溫度、功率、壓力和流量等工藝過程參數(shù)。1.1微納米制造裝備多維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)工藝過程控制系統(tǒng)1.2微納米定位平臺(tái)的組成1.2微納米定位平臺(tái)的組成12-15G高加速度12-15G高速度0.8~1m/s2-3G1.5G驅(qū)動(dòng)形式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)球滾動(dòng)導(dǎo)軌柱滾動(dòng)導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌載荷大小行程大小直線電機(jī)DD馬達(dá)1.5~3kg40kg1~2kg50~100mm300mm應(yīng)用領(lǐng)域微電子制造裝備潔凈環(huán)境(1~10萬)等級(jí)真空環(huán)境（10-6~10-9托）熱場(chǎng)\氣流場(chǎng)\靜電場(chǎng)\磁場(chǎng)精密操縱作業(yè)環(huán)境多物理場(chǎng)及其耦合直線電機(jī)高精密定位系統(tǒng)光刻機(jī)前道主機(jī)平臺(tái)后道制造Wirebonder光刻機(jī)平臺(tái)12-15G高加速度12-高速度0.8~12-3G1.5G驅(qū)傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)與絲杠、減速器、軸承等組合的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，引入摩擦、間隙、機(jī)械彈性變形等問題，無法滿足納米精度要求。

應(yīng)用于納米級(jí)精密定位領(lǐng)域的執(zhí)行器主要有：

1）洛倫茨電機(jī)：直線電機(jī)、平面電機(jī)、音圈電機(jī)2）固態(tài)執(zhí)行器：壓電執(zhí)行器、磁致伸縮執(zhí)行器、…1.2用于納米定位的執(zhí)行器種類傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)與絲杠、減速器、軸承等組合的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，引入直線電機(jī)直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以看成是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后加速度可以達(dá)到2.5~6g。存在齒槽效應(yīng)和邊緣效應(yīng)所造成的力矩紋波，給控制帶來了一定困難。

1）洛倫茨電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)工作原理直線電機(jī)1）洛倫茨電機(jī)直線電機(jī)直線電機(jī)工作原理音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor）音圈電機(jī)是一種特殊形式的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī).

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、高速、高加速、響應(yīng)快等特性.

其工作原理是,

通電線圈(導(dǎo)體)

放在磁場(chǎng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生力,

力的大小與施加在線圈上的電流成比例.

基于此原理制造的音圈電機(jī)運(yùn)動(dòng)形式可以為直線或者圓弧.

音圈電機(jī)一般可以達(dá)到500-1000Hz的運(yùn)動(dòng)頻率，甚至更高。其控制位置精度最高到幾十個(gè)納米這樣的精度要求。采用直線音圈電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后加速度可高達(dá)10g以上。但由于沒有中間減速裝置，因此對(duì)負(fù)載變化很敏感。此外，支撐導(dǎo)軌非線性摩擦也給定位系統(tǒng)的控制帶來困難。

圓柱形直線音圈電機(jī)擺角式音圈電機(jī)矩形直線音圈電機(jī)音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor）圓柱形直線音圈電超聲波直線超聲波電動(dòng)機(jī)是以超聲頻域的機(jī)械振動(dòng)為驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)器。由于激振元件為壓電陶瓷，所以也稱為壓電馬達(dá)。具有低速大力矩輸出、功率密度高、起?？刂菩院谩⒕_定位、、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。采用超聲波直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)有效提高了重復(fù)定位精度，但平臺(tái)的速度和加速度不高。

超聲波電機(jī)超聲波直線超聲波電機(jī)微納米定位技術(shù)v3課件2）固態(tài)執(zhí)行器壓電陶瓷執(zhí)行器

當(dāng)壓電晶體在外力作用下發(fā)生形變時(shí)，在它的某些對(duì)應(yīng)面上產(chǎn)生異號(hào)電荷，這種沒有電場(chǎng)作用，只是由于形變產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。

當(dāng)壓電晶體施加一電場(chǎng)時(shí)，不僅產(chǎn)生了極化，同時(shí)還產(chǎn)生了形變，這種由電場(chǎng)產(chǎn)生形變的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電陶瓷是一類能產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)的壓電晶體。壓電陶瓷執(zhí)行器具有體積小、位移分辨率高（亞納米級(jí)）、響應(yīng)速度快（幾十微秒）、輸出力大、換能效率高、靜態(tài)不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)。但壓電陶瓷執(zhí)行器的行程最大一般只有數(shù)百微米。

應(yīng)用：壓電陶瓷執(zhí)行器常用于超精密納米定位機(jī)構(gòu)中。壓電陶瓷執(zhí)行器2）固態(tài)執(zhí)行器壓電陶瓷執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器某些磁性體的外部一旦加上磁場(chǎng)則磁性體的外形尺寸會(huì)發(fā)生變化，利用這種現(xiàn)象制作的驅(qū)動(dòng)器稱為磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器。

精度可達(dá)納米級(jí)，響應(yīng)速度快(微秒級(jí))，輸出力大，工作電壓低(幾伏至幾十伏)，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。但為了消除線圈發(fā)熱引起的熱變形因素的影響，必須專門設(shè)計(jì)恒溫冷卻系統(tǒng)，給其應(yīng)用帶來了不利因素。

磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器原理圖磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮執(zhí)行器磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器原理圖磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮執(zhí)行器與壓電陶瓷執(zhí)行器比較推力：磁致伸縮執(zhí)行器>壓電陶瓷執(zhí)行器最大行程：磁致伸縮執(zhí)行器>壓電陶瓷執(zhí)行器位移分辨率：磁致伸縮執(zhí)行器（納米級(jí)）<壓電陶瓷執(zhí)行器（亞納米級(jí)）響應(yīng)速度：磁致伸縮執(zhí)行器<壓電陶瓷執(zhí)行器工作帶寬：磁致伸縮執(zhí)行器（幾十Hz到1000Hz）<壓電陶瓷執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器與壓電陶瓷執(zhí)行器比較電致伸縮陶瓷執(zhí)行器壓電體在外電場(chǎng)外電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生區(qū)別于逆壓電效應(yīng)的形變，其大小與場(chǎng)強(qiáng)成比例。電致伸縮陶瓷執(zhí)行器是由特殊壓電材料制成的具有良好的溫度穩(wěn)定性及大的電致伸縮效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。其產(chǎn)生的形變與外電場(chǎng)的平方成正比，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器在低電壓段位移分辨率高、高電壓段位移分辨率低的現(xiàn)象，降低了驅(qū)動(dòng)器整體分辨率。另外，驅(qū)動(dòng)器材料的溫度漂移系數(shù)比較大，在高精度應(yīng)用中對(duì)環(huán)境的要求較高。電致伸縮陶瓷執(zhí)行器電致伸縮陶瓷執(zhí)行器電致伸縮陶瓷執(zhí)行器

微位移傳感器主要有：激光干涉儀電容式傳感器電感式傳感器應(yīng)變式傳感器光柵式傳感器……1.3微位移傳感器微位移傳感器主要有：1.3微位移傳感器1）激光干涉儀（laserinterferometer）原理：以激光波長(zhǎng)為已知長(zhǎng)度，利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測(cè)量位移的通用長(zhǎng)度測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：量程大，分辨率高，抗干擾能力好。缺點(diǎn)：系統(tǒng)龐大，造價(jià)昂貴。2）電容式傳感器原理：將位移量轉(zhuǎn)化為電容值的變化，有變間隙式、變面積式和變界電常數(shù)式三種。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分辨率高，精度可靠，屬于非接觸式測(cè)量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，發(fā)熱小。缺點(diǎn)：容易受寄生電容和外界的干擾。1）激光干涉儀（laserinterferometer）3）電感式傳感器原理：將位移的變化量轉(zhuǎn)化為互感或自感的變化。優(yōu)點(diǎn)：有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、易于安裝、分辨率高；缺點(diǎn)：處理電路較為復(fù)雜，對(duì)于它的精度、穩(wěn)定性影響較大。隨著一些專用集成信號(hào)條理芯片的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。4）應(yīng)變式位移傳感器原理：將位移量變成金屬或半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變，引起應(yīng)變片的電阻變化。優(yōu)點(diǎn)：從理論上講，其分辨率很高，成本低；缺點(diǎn)：接觸式測(cè)量；受溫度、襯底材料和粘貼的影響。微位移傳感器介紹3）電感式傳感器微位移傳感器介紹5）光柵傳感器優(yōu)點(diǎn)：分辨率高、精度好、不受磁場(chǎng)、電場(chǎng)的影響。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，適應(yīng)性有局限，油污和灰塵會(huì)影響它的可靠性。光柵傳感器5）光柵傳感器光柵傳感器傳感器對(duì)比傳感器對(duì)比

微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有：柔性鉸鏈板彈簧氣浮磁浮1.4微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有：1.4微位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙。柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通常與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器配合組成微位移定位平臺(tái)。行程從亞微米到亞毫米，且可達(dá)到納米級(jí)定位精度。柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)板彈簧導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以板彈簧作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可組成中等行程的高精密定位平臺(tái)。行程可以達(dá)到mm級(jí)，定位精度在nm級(jí)。板彈簧導(dǎo)向機(jī)構(gòu)氣浮導(dǎo)軌氣浮技術(shù)具有高精度、高速度、高分辨率，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，外部干擾對(duì)工作臺(tái)精度影響較大。氣浮平臺(tái)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，基于氣浮導(dǎo)軌支撐。傳感器可采用直線光柵尺。行程一般有幾百毫米。定位精度一般在微米級(jí)，最好可以達(dá)到10nm左右。氣浮導(dǎo)軌臺(tái)灣HIWIN公司最大行程：1000mm﹡1000mm定位精度：um級(jí)自由度：X/Y支撐方式：氣浮導(dǎo)軌日本yokogawa自由度：X/Y/R重復(fù)定位精度：0.1um（XY向）

0.05角秒（θ）支撐方式：氣浮導(dǎo)軌白俄羅斯RUCH公司重復(fù)定位精度：3um自由度：X/Y支撐方式：氣浮導(dǎo)軌最大行程：150mm﹡310mm自由度：X/Y定位精度：um級(jí)德國(guó)PSIM公司臺(tái)灣HIWIN公司最大行程：1000mm﹡1000mm日本y微納米定位技術(shù)v3課件磁浮導(dǎo)軌利用磁懸浮原理，具有直接驅(qū)動(dòng)、無摩擦、無遲滯和無回空間隙等優(yōu)點(diǎn)，并可應(yīng)用于高潔凈和高真空等極端環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：磁浮導(dǎo)軌發(fā)熱大；在大行程范圍內(nèi)，由于溫度場(chǎng)變化和永磁體內(nèi)力作用導(dǎo)致致動(dòng)器結(jié)構(gòu)細(xì)微變形，對(duì)推力和納米級(jí)定位精度產(chǎn)生擾動(dòng)；磁浮致動(dòng)器六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)耦合問題、開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題以及無阻尼系統(tǒng)的快速定位問題都需要研究先進(jìn)的控制算法來解決；以上問題限制了其在超精密領(lǐng)域的應(yīng)用。磁浮平臺(tái)一般采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用磁浮導(dǎo)軌支撐。行程一般可達(dá)到幾十毫米。目前磁浮平臺(tái)定位精度一般可達(dá)到nm級(jí)。磁浮導(dǎo)軌126MIT自由度：3行程：50mm＊50mm＊400um定位誤差：5nm(XY),10nm(Z)支撐方式：磁浮TexasA&MUniversity行程：5mm＊5mm位移分辨率：3nm(XY)支撐方式：磁浮UniversityofNorthCarolina自由度：3行程：25mm＊25mm＊0.1mm定位精度：10nm支撐方式：磁浮TokyoInstituteofTechnology行程：18mm＊18mm位移分辨率：3nm(XY)支撐方式：氣浮PHILIPS公司超精密平面電機(jī)自由度：X/Y/Z/Rx/Ry/Rz定位精度：﹤10nm支撐方式：磁浮導(dǎo)軌28MIT自由度：3TexasA&MUniversity三種微納米定位平臺(tái)性能對(duì)比行程：氣浮平臺(tái)（m級(jí)）>磁浮平臺(tái)（mm級(jí)）>柔性鉸鏈導(dǎo)向平臺(tái)（um級(jí)）定位精度：氣浮平臺(tái)（um級(jí)）>磁浮平臺(tái)（nm級(jí)）>柔性鉸鏈導(dǎo)向平臺(tái)（nm級(jí)）負(fù)載：速度：三種微納米定位平臺(tái)性能對(duì)比2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)2.壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器，以柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，多采用電容式傳感器作為微位移傳感器。

2.1壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)簡(jiǎn)介壓電驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈定位平臺(tái)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器，按照運(yùn)動(dòng)自由度，可以分為一維、二維、三維等微定位平臺(tái)。一維X平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)二維XY平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)50um,2.2kHz15umX15um,8.9kHzX8.9kHz按照運(yùn)動(dòng)自由度，可以分為一維、二維、三維等微定位平臺(tái)。一維三維XYZ平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)6.5umX6.6umX4.2um,8.8kHzX8.9kHzX48.4kHz三維XYθZ微動(dòng)臺(tái)238umX229umX0.23°,98.24HzX98.34HzX88.24Hz三維XYZ平動(dòng)微動(dòng)臺(tái)6.5umX6.6umX4.2u按照XY軸連接方式分類

在平動(dòng)型微動(dòng)臺(tái)中，根據(jù)X、Y軸連接方式的不同可以分為串聯(lián)型微位移機(jī)構(gòu)與并聯(lián)型微定位平臺(tái)串聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)并聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)按照XY軸連接方式分類串聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)并聯(lián)型微動(dòng)臺(tái)按照微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度分類

通常由于微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的諧振頻率與剛度成正比，而最大行程與剛度成反比，因此微位移機(jī)構(gòu)可以分為大行程微位移機(jī)構(gòu)和高帶寬（小行程）微位移機(jī)構(gòu)。大行程微動(dòng)臺(tái)117umX117um,110HzX110Hz高帶寬微動(dòng)臺(tái)10umX10um,1.5kHzX29Hz按照微位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛度分類大行程微動(dòng)臺(tái)117umX11常用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的類型

薄板型驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectricplateactuator）管狀驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectrictubeactuator）堆疊式驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectricstackactuator）

雙晶片型驅(qū)動(dòng)器（Piezoelectrcibimorphactuator）……

2.2壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器堆疊式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器常用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的類型2.2壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器堆疊式壓電陶瓷微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件

PI公司壓電陶瓷產(chǎn)品

P-TECH公司壓電陶瓷產(chǎn)品PI公司壓電陶瓷產(chǎn)品PIEZOMAX公司壓電陶瓷產(chǎn)品JENA公司壓電陶瓷產(chǎn)品PIEZOMAX公司壓電陶瓷產(chǎn)品JENA公司壓電壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器一般由壓電陶瓷片粘連或者熔合在一起，因此，對(duì)于拉力、拉應(yīng)力及側(cè)向力、彎矩等十分敏感，這些受力易引起壓電陶瓷失效。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器一般由壓電陶瓷片粘連或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的選型1）確定微動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，如行程，剛度，諧振頻率等。2）根據(jù)行程、剛度指標(biāo)選擇壓電陶瓷類型3）確定壓電陶瓷具體型號(hào)Example1：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到40um的大行程，對(duì)于剛度、諧振頻率無明確要求。分析：由于對(duì)于剛度及諧振頻率無明確要求，可先根據(jù)行程選擇壓電陶瓷。40um行程為中等行程，因此選擇具有一般剛度特性的堆疊式壓電陶瓷。考慮到微動(dòng)臺(tái)最終行程較壓電陶瓷最大行程會(huì)有損失，選擇了PI840.3型號(hào)壓電陶瓷。其名義最大位移45um，剛度為19N/um，最大驅(qū)動(dòng)力為1000N。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的選型Example2：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到10um的大行程，諧振頻率要求10kHz以上。分析：由于微動(dòng)平臺(tái)的諧振頻率較高，因此需要選擇具有高剛度特性的堆疊式壓電陶瓷。根據(jù)行程要求，考慮到壓電陶瓷最大行程在微動(dòng)臺(tái)上的損失，選擇NoliacNAC2021-H12型號(hào)壓電陶瓷。其名義最大位移為14.7um，剛度為140N/um,最大出力2060N。

Example2：微動(dòng)平臺(tái)要求達(dá)到10um的大行程，諧振頻率常用電容傳感器類型

兩片式電容傳感器

單極探針式電容傳感器

2.3電容傳感器PI：D-015,D-050,D-100ultra-high-resolutioncapacitivepositionsensors

MeasuringRangeto1000μm

Resolution<0.01nm

Linearityto0.003%

Bandwidthto10kHz

MicroSense8810MeasuringRangeto2000μm

Resolution<0.8nm

Linearityto0.08%

Bandwidthto20kHz

常用電容傳感器類型2.3電容傳感器PI：D-015,D-電容傳感器的選型根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)的行程、精度以及控制帶寬要求，確定傳感器的型號(hào)一般，對(duì)于微動(dòng)平臺(tái)的諧振頻率無明確要求的多選擇兩片式電容傳感器。對(duì)于高帶寬微動(dòng)平臺(tái)，多選擇探針式傳感器，因?yàn)閮善絺鞲衅鞯陌惭b會(huì)增加微動(dòng)平臺(tái)的負(fù)載，導(dǎo)致諧振頻率降低。電容式傳感器一般都具有比較優(yōu)良的線性工作區(qū)間，因此需要根據(jù)微動(dòng)平臺(tái)的行程選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。Example1：微動(dòng)平臺(tái)行程為40um，對(duì)于剛度、諧振頻率無明確要求。分析：行程40um對(duì)應(yīng)的微動(dòng)平臺(tái)一般諧振頻率較低，因此采用兩片式傳感器比較合適。選擇PID-100.00傳感器，傳感器最大量程為100um。

電容傳感器的選型Example2：微動(dòng)平臺(tái)行程為10um，諧振頻率在10kHz以上。分析：微動(dòng)平臺(tái)具有高帶寬特性，因此選擇探針式傳感器比較合適。同時(shí)，需要考慮控制帶寬可能會(huì)達(dá)到幾kHz，因此傳感器選擇時(shí)需考慮其測(cè)量帶寬。最終選型：MicroSense8810，配合2823探針。測(cè)量行程：20um；測(cè)量精度：1nm以下；測(cè)量帶寬：10kHz。

Example2：微動(dòng)平臺(tái)行程為10um，諧振頻率在10k壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)把力、位移等輸出給被驅(qū)動(dòng)對(duì)象，柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)是微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)關(guān)鍵工作，柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的合理性和有效性很大程度上決定了微位移系統(tǒng)的性能。納米級(jí)微位移定位機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的位移機(jī)構(gòu)有很大的不同，其傳動(dòng)副是彈性平板（Elasticplate）和柔性鉸鏈（Flexurehinge）結(jié)構(gòu)。柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)：最早由Paros和Weisbord提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙的傳動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。simplecantileverLeafHinge典型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)2.4柔性鉸鏈導(dǎo)向機(jī)構(gòu)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)把力、位移等輸出給被驅(qū)動(dòng)對(duì)象，設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)需根據(jù)平臺(tái)的指標(biāo)要求，如剛度、諧振頻率等合理選擇鉸鏈類型。

選擇適當(dāng)?shù)娜嵝糟q鏈的布局，確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。

對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)（剛度分析）及動(dòng)力學(xué)（諧振頻率分析）

基于靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以確保其性能指標(biāo)。

利用ANSYS等軟件進(jìn)行有限元仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性。

2.4.1微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí)需根據(jù)平臺(tái)的指標(biāo)要求，如剛度、諧振頻率等合理選擇1）直角平行板柔性鉸鏈

直角平行板柔性鉸鏈?zhǔn)俏⑽灰茩C(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種鉸鏈。直角平行板柔性鉸鏈利用卡氏定理進(jìn)行剛度分析2.4.2常用柔性鉸鏈1）直角平行板柔性鉸鏈直角平行板柔性鉸鏈利用卡氏定理進(jìn)行剛度直角平行板柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)直角平行板柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)2）凹口柔性鉸鏈

凹口柔性鉸鏈在應(yīng)用中多用作轉(zhuǎn)動(dòng)副。根據(jù)凹口形狀不同可以分為圓形凹口鉸鏈、橢圓形凹口鉸鏈、直角形凹口鉸鏈、拋物線形凹口鉸鏈、雙曲線形凹口鉸鏈等。不同類型的凹口柔性鉸鏈2）凹口柔性鉸鏈不同類型的凹口柔性鉸鏈不同類型凹口柔性鉸鏈性能對(duì)比不同類型凹口柔性鉸鏈性能對(duì)比以圓形凹口柔性鉸鏈為例，計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度簡(jiǎn)化公式：以圓形凹口柔性鉸鏈為例，計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度簡(jiǎn)化公式：凹口柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)凹口柔性鉸鏈的組合結(jié)構(gòu)3）混合型柔性鉸鏈

混合型柔性鉸鏈既保持了相對(duì)較大的剛度，又減小了在鉸鏈末端易出現(xiàn)的應(yīng)力集中。混合型柔性鉸鏈平動(dòng)剛度：n為鉸鏈個(gè)數(shù)，左圖n=3。轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：T為凹口厚度，R為凹口半徑。3）混合型柔性鉸鏈混合型柔性鉸鏈平動(dòng)剛度：n為鉸鏈個(gè)數(shù)，左圖三種鉸鏈的剛度及諧振頻率對(duì)比：剛度：直角平行板鉸鏈>混合柔性鉸鏈>凹口柔性鉸鏈諧振頻率：直角平行板鉸鏈>混合柔性鉸鏈>凹口柔性鉸鏈三種鉸鏈的剛度及諧振頻率對(duì)比：

1）鉸鏈布局2.4.3微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮因素當(dāng)鉸鏈只分布在末端執(zhí)行器的一側(cè)時(shí)（a所示），微位移機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生側(cè)向誤差。c結(jié)構(gòu)通過鉸鏈雙平行結(jié)構(gòu)減小了誤差，但仍不能消除。設(shè)計(jì)過程中，a，c需配合其他結(jié)構(gòu)來減小這種誤差。b,d結(jié)構(gòu)消除了側(cè)向誤差，但d結(jié)構(gòu)的剛度較b結(jié)構(gòu)減小了一半。最基本的鉸鏈結(jié)構(gòu)布局1）鉸鏈布局2.4.3微位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮因素上圖所示微位移機(jī)構(gòu)對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的部分采用了大剛度的直梁結(jié)構(gòu)，可以保證末端執(zhí)行器的直線運(yùn)動(dòng)，從而最大程度減小了側(cè)向誤差。上圖所示微位移機(jī)構(gòu)對(duì)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的部分采用了大微納米定位技術(shù)v3課件微納米定位技術(shù)v3課件

2）放大機(jī)構(gòu)在微位移機(jī)構(gòu)中，當(dāng)需要達(dá)到比壓電陶瓷最大行程還大的位移時(shí)，可以借助于放大機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。杠桿放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)注：一般實(shí)際的放大倍數(shù)會(huì)比理論值偏小。原因是在變形過程中杠桿不是絕對(duì)的剛體，發(fā)生了輕微變形，將能量以變形能形式貯存在杠桿中。2）放大機(jī)構(gòu)在微位移機(jī)構(gòu)中，當(dāng)需要達(dá)到杠桿放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：15um微動(dòng)臺(tái)單方向最大行程：25um杠桿放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：15um橋式放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)橋式放大機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)橋式放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：38um微動(dòng)臺(tái)單方向最大行程：119um橋式放大機(jī)構(gòu)PZT最大行程：38um3.微納米定位系統(tǒng)的控制方法3.微納米定位系統(tǒng)的控制方法磁滯(hysteresis)磁滯是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的固有非線性現(xiàn)象，具有復(fù)雜的多值映射、非局部記憶性等非線性特性一般情況下，其正向曲線和反向曲線的磁滯誤差可以高達(dá)15%。3.1納米定位的限制因素

磁滯(hysteresis)磁滯是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的固有非線性振動(dòng)(vibration)

當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率接近于壓電掃描器本身的固有頻率時(shí)，會(huì)引起共振現(xiàn)象，使得掃描器的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭曲。振動(dòng)(vibration)當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率接近于壓電掃交叉耦合(cross-coupling)不同軸之間的相互作用交叉耦合(cross-coupling)不同軸之間的相互作用蠕變(creep)一般發(fā)生在掃描速度較慢的情況下。可以通過明確的數(shù)學(xué)模型描述，也可以通過常規(guī)的PID反饋來消除。蠕變(creep)一般發(fā)生在掃描速度較慢的情況下。3.2納米定位控制方法

納米定位控制器一般有如下三種結(jié)構(gòu)：前饋控制（feedforward）反饋控制（feedback）混合控制（feedforward+feedback）3.2納米定位控制方法納米定位控制器一般有如下三種結(jié)前饋控制

前饋控制的主要作用是改善跟蹤性能，一般有兩種方式：逆磁滯補(bǔ)償——補(bǔ)償磁滯非線性，線性化模型基于模型的前饋——補(bǔ)償振動(dòng)特性，提高跟蹤帶寬前饋控制前饋控制的主要作用是改善跟蹤性能，一般有兩種方式逆磁滯補(bǔ)償(InverseHysteresisCompensation)定義：通過建立磁滯逆模型，根據(jù)期望軌跡，計(jì)算出控制輸入，補(bǔ)償磁滯非線性。逆磁滯補(bǔ)償(Inverse