气浮大理石平台运动直线伺服系统的控制

对于气浮大理石平台伺服系统而言，理想的情况下控制策略能使输出零延迟、零超调的反映输入指令，即输出跟踪输入指令的变化。但实际系统由于上述扰动的存在不可能使输出复现输入指令，这就需要根据伺服系统的实际情况选择合适的控制策略，并在控制系统的鲁棒性与精度之间取得平衡。
　　直线伺服系统无中间传动环节，利用直线电机直接驱动定位运动机构。在这种情况下，各种扰动因素不经过传动环节“过滤”，直接作用到直线电机动子上，而传动环节由于弹性变形的存在   程度上能够起到减弱和干扰的影响。因而失去了传动环节的“过滤”作用，气浮大理石平台直线伺服系统在控制上的难度要比旋转电机伺服驱动系统大。直线伺服系统控制的重要难点就在于如何系统运行过程中的各种扰动因素。
　　以PID为代表的经典控制算法在运动控制系统中应用广泛，具有算法简单、良好的可配置性、鲁棒性好等优点。PID控制也成为了运动控制系统中   基本的控制形式。虽然在、高加速度运动系统中，单纯靠PID控制器难以达到运动性能指标，但通过加入具有针对性的补偿、校正等环节后，可以显著   PID控制器的性能，包括响应速度、定位精度、跟踪误差等。
　　1)干扰补偿
　　提高系统抗干扰性能的一种   设想就是：采取具有针对性的校正措施，使得干扰对系统的影响   补偿，从而实现整个系统对干扰具有不变性。干扰补偿是在   范围内实现系统不变性的   办法，其实质是利用干扰来补偿干扰，即直接或间接测量出干扰信号，并经过适当变换之后作为附加校正接入系统。Takaji对两自由度控制结构进行变形，得出了目前应用广泛的干扰观测器结构，并给出了干扰观测器参数确定的一般公式。基于此，控制理论界提出了基于干扰观测器的干扰补偿器，它可以使系统对于外界扰动具有较强的鲁棒性。但是干扰观测器也有其局限性，如对变化范围过大的参数不确定性和非连续干扰的效果欠佳。
　　2)前馈校正
　　通过在反馈控制系统中引入前馈校正，不仅可以   系统的稳态性能，而且还可以   系统的动态性能。分析其等效闭环传递函数，可以看出前溃校正引入了系统零点，因此具有扩展频带，提高响应速度的作用。Tomizuka提出了零相误差跟踪器(ZPETC)这种前馈控制器算法，这种控制策略的原理是零极点对消，即反馈环节的所有极点和零点，由于ZPETC原理较为简单，容易实现，因此也在控制系统中   广泛应用。但是同干扰观测器一样，ZPETC也存在一些缺点，比如在高频段会有前馈增益现象，因此ZPETC通常与零相低通滤波器结合使用，保持ZPETC零相误差的同时了高频段的增益。
　　3)非线性补偿
　　对于通常的的直线伺服系统，固有的非线性干扰因素主要还是是导轨产生的摩擦力。摩擦力是一种非常复杂的非线性现象，且难以准确量化。基于摩擦力建模进行补偿成为了   基本也是应用   为广泛的补偿方法。随着摩擦学   的深入，先后出现了多种摩擦力模型，包括以经典模型为代表的静态摩擦力模型，以及以Dahl模型为代表的动态摩擦力模型，其中，基于经典模型的摩擦力补偿应用   为广泛。由于静态摩擦力模型没有考虑摩擦力的动态特性，如变化的突变力，预滑动状态等，在定位精度要求较高的运动控制中难以满足性能需求。因此动态摩擦力模型日益受到重视，其中LuGre模型从Dahl模型发展而来，能   为准确和   的描述摩擦力特性，《空气静压导轨静态性能的解析计算及分析》提出了一种基于状态观测器的LuGre模型建模和参数估计方法。直线电机的力波纹和齿槽力也会给系统带来非线性干扰，   文献中提出了基于离线经验模型的力波纹前溃补偿。
　　除了上述常见的校正和补偿外，针对系统中可能出现的机械几何误差、热效应误差，可以预   行误差建模，或通过安装相关传感器测量的方法   系统的误差值，再通过其他相应的方式进行补偿。