基于自适应有限时间控制策略的高分辨率显微镜运动控制

作     者：余胜东 李小鹏 杨思朋 吴鸿源 胡文科 蔡博凡 马金玉 

作者机构：温州大学机电工程学院 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 南京航空航天大学航空学院 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目31971290 温州市重大研发计划ZGF2023056的支持 

主　　题：自适应有限时间控制 高分辨率光学显微镜 大数值孔径 时延估计 非奇异终端滑模 

摘      要：针对大数值孔径显微成像技术对物镜位移台提出的长行程、高精度和大负载的要求，本文提出一种非线性鲁棒运动控制策略实现物镜位移台的精密运动。设计了大数值孔径显微镜的光路系统、虚拟样机以及由滚珠丝杠驱动的物镜位移台，采用双螺母预紧的方式消除滚珠丝杠传动间隙。将自适应技术引入到非奇异终端滑模控制，实现系统状态的有限时间收敛，提高系统鲁棒性。针对滚珠丝杠传动机构内部的非线性摩擦效应，采用时延估计技术实现摩擦力的在线估计和实时补偿，将时延估计技术和自适应非奇异终端滑模控制相结合获得无模型控制特性。通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性。搭建了一个高分辨率的光学显微镜，实现物镜位移台的精密运动，采集到小鼠心肌细胞的显微图像，证明了所提算法的有效性。