华南理工大学学报(自然科学版)

作者：喻曹丰, 张奇龙, 杨坤, 魏益军, 胡升阳

单位：1.安徽理工大学 机电工程学院，安徽 淮南 2320012.浙江大学 流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，浙江 杭州 310027

关键词：宏微复合驱动器,粒子群优化,线性二次型调节器,滑模控制,激光干涉仪,控制策略

基金：国家自然科学基金项目(52105042);安徽省自然科学基金面上项目(2508085ME134);流体动力基础件与机电系统全国重点实验室开放基金项目(GZKF-202302);安徽省优秀青年教师培育重点项目(YQZD2023036)

宏微复合驱动器作为精密定位平台的核心部件，其控制精度直接影响平台的性能。为提高宏微复合驱动器的控制精度，该文提出了一种主从结构的双环复合控制策略。在宏动控制环设计中，基于电磁力驱动原理建立动力学模型，分别采用粒子群优化算法整定的线性二次型调节器（PSO-LQR）和传统LQR构建控制器，通过数值仿真与实验测试的对比分析，验证了PSO-LQR控制器在外环控制中具有更高的位移定位精度。在微动控制环设计中，基于线性压磁方程建立动力学模型，通过融合指数趋近律与双曲正切函数设计了非奇异终端滑模控制器作为内环，有效抑制了系统抖振。为验证所提控制策略的有效性，结合激光干涉仪搭建了宏微复合定位实验平台，并开展定位性能实验。结果表明：在相同的条件下，与传统LQR控制器相比，PSO-LQR控制器在阶跃定位和位移跟踪方面具有优越性；微动部分能够实现1 μm的步进，而不会产生位移过冲；当定位目标为15 μm时，在非奇异终端滑模控制器控制下的位移误差约为0.24 μm，有效抑制了系统抖振。在宏微复合定位方面，使用激光干涉仪对光栅位移传感器进行闭环校准，并进行了重复性实验，最终定位精度为370 nm。

来源：2026年第4期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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