
納米位移台為什麽在高速運動時會出現自激振蕩現象?
納米位移台在高速運動時出現自激振蕩(self-excited oscillation),主要是因為(wei) 係統的動態特性和反饋控製機製在高速度條件下激發了某些本征頻率或不穩定模態。
我們(men) 來詳細解釋一下其中的原理、原因,以及如何預防這種現象:
一、什麽(me) 是自激振蕩?
自激振蕩是指:
係統內(nei) 部由於(yu) 結構特性或控製係統設計不當,在沒有外部周期性驅動的情況下,自身持續地產(chan) 生振蕩。
在納米位移台中,自激振蕩通常表現為(wei) :
快速掃描時出現周期性抖動或波紋;
實際運動軌跡偏離目標軌跡,甚至失穩;
輸出波形中出現持續震蕩分量,即使停止運動也可能持續一段時間。
二、為(wei) 什麽(me) 高速運動更容易引發自激振蕩?
1. 共振頻率被激發
納米位移台本身具有結構共振頻率(幾百 Hz 到幾 kHz 範圍);
高速運動或快速加減速時會(hui) 包含高頻分量;
如果這些頻率接近台體(ti) 的某個(ge) 共振模態,就會(hui) 被“放大”,產(chan) 生震蕩。
2. 控製係統滯後或增益過高
閉環控製係統(如 PID 控製器)在高速條件下容易延遲反應;
一旦響應滯後超過一定程度,反饋就會(hui) 變成“正反饋”,引發震蕩;
特別是當增益調得太高時,係統會(hui) 出現超調,進一步導致自激。
3. 機械係統非線性或柔性放大誤差
柔性鉸鏈結構或壓電致動器在高速度下可能產(chan) 生非線性響應(遲滯、蠕變);
結構柔順性差時,容易出現結構變形與(yu) 反彈,造成**“延遲+過補償(chang) ”效應**;
某些連接部件(比如台麵與(yu) 載物平台)存在間隙或彈性,放大了響應中的震蕩分量。
三、如何抑製或避免自激振蕩?
(1)優(you) 化運動軌跡
避免過快加速度和變加速運動;
采用S曲線加減速或梯形速度控製,減少激發高頻共振。
(2)調節閉環控製參數
降低 PID 增益,特別是 D(微分)項過高容易引起高頻振蕩;
使用低通濾波器抑製高頻響應,特別是傳(chuan) 感器端的反饋信號;
使用前饋補償(chang) 來減少控製器滯後引起的誤差。
(3)改善機械結構設計
增加結構剛度,提升係統固有頻率;
減小結構中的間隙、彈性連接部件的變形;
采用阻尼層或減振材料吸收能量。
(4)使用抗振補償(chang) 控製算法
比如自適應控製、魯棒控製、模型預測控製(MPC)等現代控製技術;
引入振動模式抑製(Notch Filter)針對特定頻率進行補償(chang) 。