
如何檢測納米位移台是否存在滯後誤差?
檢測納米位移台是否存在滯後誤差,主要是為(wei) 了判斷平台在“往返運動”中是否存在位置響應的不一致。這種誤差在壓電驅動係統中較為(wei) 常見,特別是在開環控製狀態下。以下是常用的幾種檢測方法:
1. 正向與(yu) 反向掃描對比法
這是常用的檢測方式:
設置平台在一個(ge) 軸向上以相同速度正向掃描,再反向返回;
記錄對應的位移數據或傳(chuan) 感器反饋值;
將兩(liang) 條運動軌跡繪圖疊加對比;
如果存在滯後,正向與(yu) 反向曲線不重合,會(hui) 形成“滯後回線”(hysteresis loop)。
說明:如果回程曲線滯後於(yu) 正程,則說明係統存在明顯的滯後效應。
2. 三角波驅動測試
對位移台施加一個(ge) 對稱的三角波電壓,觀察其響應位移;
用外部位移傳(chuan) 感器(如電容傳(chuan) 感器、幹涉儀(yi) 等)實時采集位置;
繪製“輸入電壓 vs 實際位移”曲線;
如果曲線呈閉合環形而非單值響應,就說明存在滯後現象。
3. 重複定位精度測試
將位移台反複移動到某一固定位置點;
記錄每次到達目標點後的實際位置(傳(chuan) 感器值或成像確認);
如果每次停留點不完全一致,可能是滯後誤差在影響;
可配合標準重複性指標判斷。
4. 響應曲線擬合殘差法
給平台施加一個(ge) 已知曲線(如正弦、斜坡);
實際運動結果與(yu) 理論模型對比,分析殘差;
滯後誤差表現為(wei) 路徑方向依賴型的殘差波動;
若使用開環係統,滯後更明顯;閉環係統中殘差應較小。
5. 圖像法(結合掃描成像)
適用於(yu) 帶成像功能的平台(如掃描探針顯微鏡、SEM 多圖疊加):
分別進行正向和反向掃描采圖;
比較兩(liang) 幅圖像是否邊緣、位置存在偏移或形變;
滯後會(hui) 導致正反掃描圖像出現幾何畸變或重複誤差。
補充說明
滯後誤差的特點包括:
具有路徑依賴性(即響應不僅(jin) 與(yu) 當前輸入有關(guan) ,還與(yu) 過去路徑有關(guan) );
與(yu) 壓電驅動特性、負載、掃描速度、驅動頻率等有關(guan) ;
開環係統滯後較大,閉環控製可大幅減小;
滯後不可通過簡單重複校準消除,隻能靠補償(chang) 算法或閉環控製。
如何減少或補償(chang) 滯後誤差:
使用閉環控製係統(帶位置反饋);
在控製器中引入滯後補償(chang) 模型,如 Preisach 模型、PI 控製器+前饋補償(chang) ;
采用慢速掃描、減小加載頻率;
使用滯後低的壓電材料或驅動機構;
先進行滯後建模後再反向補償(chang) (需要實驗擬合支持)。