
如何檢測納米位移臺是否存在滯后誤差?
檢測納米位移臺是否存在滯后誤差,主要是為了判斷平臺在“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(qū)動系統(tǒng)中較為常見,特別是在開環(huán)控制狀態(tài)下。以下是常用的幾種檢測方法:
1. 正向與反向掃描對比法
這是常用的檢測方式:
設置平臺在一個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(shù)據(jù)或傳感器反饋值;
將兩條運動軌跡繪圖疊加對比;
如果存在滯后,正向與反向曲線不重合,會形成“滯后回線”(hysteresis loop)。
說明:如果回程曲線滯后于正程,則說明系統(tǒng)存在明顯的滯后效應。
2. 三角波驅(qū)動測試
對位移臺施加一個對稱的三角波電壓,觀察其響應位移;
用外部位移傳感器(如電容傳感器、干涉儀等)實時采集位置;
繪制“輸入電壓 vs 實際位移”曲線;
如果曲線呈閉合環(huán)形而非單值響應,就說明存在滯后現(xiàn)象。
3. 重復定位精度測試
將位移臺反復移動到某一固定位置點;
記錄每次到達目標點后的實際位置(傳感器值或成像確認);
如果每次停留點不完全一致,可能是滯后誤差在影響;
可配合標準重復性指標判斷。
4. 響應曲線擬合殘差法
給平臺施加一個已知曲線(如正弦、斜坡);
實際運動結果與理論模型對比,分析殘差;
滯后誤差表現(xiàn)為路徑方向依賴型的殘差波動;
若使用開環(huán)系統(tǒng),滯后更明顯;閉環(huán)系統(tǒng)中殘差應較小。
5. 圖像法(結合掃描成像)
適用于帶成像功能的平臺(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;
比較兩幅圖像是否邊緣、位置存在偏移或形變;
滯后會導致正反掃描圖像出現(xiàn)幾何畸變或重復誤差。
補充說明
滯后誤差的特點包括:
具有路徑依賴性(即響應不僅與當前輸入有關,還與過去路徑有關);
與壓電驅(qū)動特性、負載、掃描速度、驅(qū)動頻率等有關;
開環(huán)系統(tǒng)滯后較大,閉環(huán)控制可大幅減小;
滯后不可通過簡單重復校準消除,只能靠補償算法或閉環(huán)控制。
如何減少或補償滯后誤差:
使用閉環(huán)控制系統(tǒng)(帶位置反饋);
在控制器中引入滯后補償模型,如 Preisach 模型、PI 控制器+前饋補償;
采用慢速掃描、減小加載頻率;
使用滯后低的壓電材料或驅(qū)動機構;
先進行滯后建模后再反向補償(需要實驗擬合支持)。