本技术涉及超精密运动控制技术,提出了一种直线磁阻电机磁滞建模的新方法。该方法首先对电机的输入电流与输出磁通间的磁滞特性进行深入分析,然后利用相移有理基技术建立磁滞模型,以提高电机控制精度。
背景技术
为了满足高端光刻机对于高速、大行程和纳米级定位的需求,掩模台和工作台均采用大行程宏动台叠加小行程微动台的宏微复合结构,大行程宏动台主要负责拓展行程和完成高速扫描过程,而小行程微动台则负责实现纳米级定位。为满足要求,微动台必须具备高刚度结构和高性能驱动,对于其驱动系统,目前提出了基于磁阻力开发的执行器,即直线磁阻电机,这种执行器可以提供更高的出力密度和更低的能量耗散。但是直线磁阻电机的出力具有复杂的非线性,必须解决其复杂非线性问题才能将其有效地应用于纳米精度定位场景。
直线磁阻电机复杂的非线性特性包括铁磁材料本身固有的磁滞非线性,其输出力与电流平方成正比的非线性和输出力与气隙平方成反比的位置依赖性等。在多种非线性之中,其软磁材料本身固有的磁滞非线性,是影响限制其性能的主要因素,虽然通过使用由软铁磁材料薄层制成的磁芯,可以降低这种因素的影响,但是在高精度定位应用中,需要出力线性度更高,磁滞非线性的影响变得明显,必须通过建模和补偿的方法以提高直线磁阻电机的出力线性度,因此,精确地对磁滞现象进行建模至关重要。
国内外学者对磁阻电机的磁滞非线性进行了研究,针对此类复杂的磁滞非线性,已经开发和研究了多种模型。根据建模的原理不同,其主要分为两大类:物理磁滞模型和唯象磁滞模型,其中,唯象磁滞模型因其建模简单,广泛应用于实际系统,但是这种建模方法会忽略材料本身的物理特性和结构,例如Duhem模型、Bouc-Wen模型、Preisach模型等。目前现有的这些模型普遍存在电流反向时,即转折点处,磁滞模型建立不够准确的问题,同时,Bouc-Wen等模型还存在不能表征率相关磁滞特性的问题。
公开号为CN110110380B、公开日为2023年7月4日、名称为“一种压电执行器迟滞非线性建模方法及应用”的发明专利申请,提供了一种基于改进混沌量子粒子群的压电执行器建模方法,具有能有效模拟迟滞非线性、参数辨识精度高等优点,但该专利中的模型是率无关的,不适用于直线磁阻电机的率相关磁滞模型建立。
公开号为CN117291142A、公开日为2023年12月26日、名称为“基于磁导-电容类比法和解析Preisach模型的铁心动态磁滞建模方法”的发明专利申请,建立了改进的铁心动态磁滞磁导模型,减小了传统模型造成的误差,但这种建模方法不是针对直线磁阻电机的磁滞现象建立的模型,在转折点处模型建立不够准确,不适用于直线磁阻电机的磁滞补偿。
实现思路