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摘要
麦克斯韦磁阻驱动器克服了传统压电陶瓷驱动器行程小以及音圈电机推力密度和效率低等难题，在大行程高速微纳米定位中具有极大的应用潜力。本文设计了一种基于麦克斯韦磁阻驱动的大行程二自由度柔顺微定位平台并对其进行了高性能轨迹跟踪控制。该定位平台由两个永磁偏置的麦克斯韦磁阻驱动器和二自由度解耦并联柔性导向机构组成，平台充分利用了磁阻驱动器的非线性负刚度来部分补偿柔性机构的弹性恢复力，能够有效提升其运动行程和能量传递效率，使得平台在±2 mm行程范围内的所需推力从±120 N减少至±24 N。轨迹跟踪控制方面，首先为了补偿驱动器软磁材料冲磁所带来的磁滞非线性，利用逆Prandtl-Ishlinskii磁滞模型构建了率相关磁滞补偿器并置于前馈回路中。此外，为解决平台低阻尼谐振及动力学模型不一致等问题，设计了含分数阶相位超前环节的PI反馈控制器以完成对系统开环频率特性的灵活调整，实现了平台的高精度轨迹跟踪控制，有效减少了系统的跟踪误差。对2 mm幅值、1 Hz和10 Hz频率的三角波信号进行轨迹跟踪所得到的均方根误差分别为0.013 mm及0.017 mm。
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单位上海工程技术大学; 华立科技股份有限公司
