仪器仪表学报

作者：姜健康，孟思源，蔡雅斓，居倩，汝长海

单位：姜健康,江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司苏州215000,,孟思源,江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司苏州215000,,蔡雅斓,1.江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司苏州215000； 2.苏州科技大学电子与信息工程学院苏州215000；,,居倩,1.江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司苏州215000； 2.苏州科技大学电子与信息工程学院苏州215000；,,汝长海,1.江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司苏州215000；3.苏州大学机电工程学院苏州215000,rchhai@163.com,

关键词：原子级制造;压电定位台;粒子群算法;Bouc-Wen模型;轨迹跟踪

基金：国家重点研发计划（2023YFF0721400）、国家自然科学基金（62273247）项目资助

跨尺度压电定位台凭借其毫米级行程、纳米级定位精度，被视为能够实现原子级制造系统的核心部件。然而，压电陶瓷驱动固有的迟滞非线性特性严重制约了其在微定位模式下的轨迹跟踪精度，难以满足亚纳米级精度需求。在此背景下，对迟滞模型参数进行精确辨识成为提升跟踪精度的关键环节。针对传统粒子群优化辨识多维复杂迟滞模型参数难以获取全局最优解的问题，提出一种多模态贝叶斯优化PSO的参数辨识算法。首先，基于非对称Bouc?Wen模型建立能够表征迟滞非线性的系统动力学模型；其次，通过对传统PSO算法参数辨识结果分析，引入模态分工机制并融合贝叶斯优化进行局部搜索得到MB-PSO算法，旨在克服传统辨识算法易陷入局部最优等不足。为了验证算法的有效性，通过与PSO、遗传算法、差分进化算法进行对比验证，实验结果显示MB-PSO能够将参数波动率抑制在12.3%以内。进一步地，为评估所提算法在提升迟滞模型精度与压电定位台轨迹跟踪精度的有效性，进行了迟滞表征能力与轨迹跟踪精度对比测试。测试结果显示，基于MB-PSO辨识的迟滞模型最大位移误差仅为6.871nm，引入该迟滞模型的轨迹跟踪控制器将轨迹跟踪误差抑制在0.976nm以内，实现了亚纳米级跟踪精度，为压电定位台系统实现原子级制造奠定基础。

来源：2025年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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