基于阻抗模型的不确定环境下微纳操作力跟踪控制策略研究

作     者：俞子牛 刘跃跃 巫亦浩 樊启高 Yu Ziniu;Liu Yueyue;Wu Yihao;Fan Qigao

作者机构：江南大学物联网工程学院无锡214122 

出 版 物：《仪器仪表学报》 (Chinese Journal of Scientific Instrument)

年 卷 期：2023年第44卷第3期

页      面：191-199页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0701[理学-数学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：江苏省科研合作项目(2018-178) 111计划(B12018) 江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(GDZB-138) 国家自然科学基金(62203186)项目资助 

主　　题：微纳操作 力跟踪 扩展卡尔曼滤波器 阻抗控制 

摘      要：微机电系统在生物医学领域具有巨大的应用潜力,以压电陶瓷为基础设计的压电驱动系统在微纳操作高精度控制领域发挥着重要作用。在各领域的实际应用中,微操系统与环境的交互一直是研究的热门方向。由于微尺度下跟踪力误差相比宏观尺度下更不可忽略,因此微操作臂与环境接触力的精准控制是提高微操作准确度的关键。为此本文提出一种力跟踪阻抗控制策略,能够在操作过程中实现对接触力的精确跟踪。考虑到阻抗模型对环境参数要求较高,本文提出了扩展卡尔曼滤波器对外部环境参数进行在线估计的方法。实验结果表明,所提控制方法能够成功实现微操作臂-环境交互模型的力跟踪控制并且有良好的跟踪精度,力跟踪平均绝对误差为7.82 mN,均方根误差为10.16 mN,因此该方法对不确定性环境下接触力的精确跟踪具有可行性。