Practical Feedback Controller Design for Micro-Displacement Positioning in Table Drive Systems

摘要

U radu je prikazana sinteza regulatora s povratnom vezom u sustavu za precizno linearno pozicioniranje pomične podloge pomoću kugličnih ležajeva. Za razliku od uobičajenih modela Coulombova i/ili viskoznog trenja, trenje razmatranog sustava ima izrazito nelinearna svojstva u području mikro-pomaka, što za posljedicu ima različite odzive pozicioniranja I frekvencijski karakteristike, ovisno o radnom području. U radu je prvo razvijeno numeričko simulacijsko okruženje zasnovano na modelu trenja kotrljanja u svrhu simuliranja ponašanja sustava pozicioniranja u području mikro-pomaka. Potom je, zasnivajući se na simulacijskom okruženju, pomoću frekvencijske karakteristike razjašnjen problem stabilnosti sustava u promatranom radnom području te su odabrani odgovarajući parametri regulatora koji poštuju uvjet stabilnosti I zadovoljavaju željenu kvalitetu odziva. Sinteza regulatora provedena je vodeći računa o praktičnoj primjenjivosti postupka. Učinkovitost predložene sinteze potvrđena je nizom eksperimenata na prototipu sustava za precizno linearno pozicioniranje pomične podloge pomoću kugličnih ležajeva.%This paper presents a practical feedback controller design of a ball screw-driven table system for the micro-displacement positioning. Friction of the mechanism in the micro-displacement region has nonlinear elastic properties, unlike Coulomb and/or viscous friction in the macro-displacement, resulting in different positioning responses and frequency characteristics of the plant depending on the regions. In this paper, at first, a numerical simulator with a rolling friction model is adopted to reproduce the positioning behaviors in the micro-displacement region. Based on the simulator, the stability condition of positioning in the region is clarified on the basis of frequency characteristics and, then, appropriate parameters of feedback controller are practically designed to satisfy the required positioning performance. Effectiveness of the proposed design has been verified by a series of experiments using a prototype of ball screw-driven table positioning device.