压电定位系统如何实现精准定位，关键取决于数字控制器

　　压电制动器绝对不会线性工作。这虽然与高精准度的要求相悖，但是，用一个灵活的控制或调节装置可以弥补其不足，所达到的效果是：由于采用数字控制器，达到了更高精准度。

　　如果要使压电纳米定位系统高精准地工作，那么定位系统的两个组成部分必须完美配合，也就是要实现机械部件和电气部件的完美协调。从功能角度来看，压电制动器的工作行程细微，准确地保持在10～100?μm的范围内。在设置电压的情况下，压电陶瓷元件便进行非线性的运动或偏转;电压升高和位置变化之间的关系也是非线性的。也就是说，精准至毫微的定位要求，在利用压电陶瓷元件高动态性和紧凑的结构体积的所有情况下，不能受到任何干扰。

　　实现精准定位需要诸多因素

　　精准定位常常是要设置压电系统以实现动态运动，此外还要设置自动化网络系统以实现调节和控制。通过限定频率宽度和按照每个调谐回路的状态偏移，在信号频率不断加大时，调节对象的非线性明显不断增强。这样，传统的调节器虽然能够可靠地实现终点定位，但是其行径偏离所希望的轨迹曲线，结果导致在动态状况下不能简单地指定时间和定位的数据。

　　一种可能是，可采取数字技术将动力-间歇应用时的相位差和轨迹误差降至觉察不到的大小。此种情况下，应用自动化网络系统进行调节和控制是非常重要的。应用自动化网络系统进行调节和控制关系到识别一个确定的定位并精准地再次启动。为了采用自动化网络系统进行调节和控制，必须遵守加工处理步骤的轨迹曲线或者必须保持与另一个作业过程同步。另一种可能是，开发数字控制器，这就是所谓的预先压电控制。这种方案是以状态调节器为基础的，该调节器是基于一个投入使用的压电系统的数学模型开发出来的。这种方式与带有陷波滤波器的传统比例微分积分控制器(PID控制器)相反，是主动抑制谐振频率的;在此，是将机械式谐振从使用范围中剔除。这样做的目的是，起振时间快，抗干扰性能显著提高，相位精确性佳。最终是产生间接影响，使得轨迹精准，起振性能得到提高。总体来说，这种方式的优点是：当机械系统明显脱离自己的频率时，须抑制的谐振频率不超出一个确定的值(约﹤1kHz)。

　　对于数字控制器来说，多轴系统对其优点起着关键性作用。传统的传动技术是连续性单通道结构。为了实现一个n维的动作，须将n个轴堆叠起来。为此，必须使用 n个调节器。而数字式调节器则需设置n个通道，与传统的调节器相比，设置n个通道比设置n个轴相对简单。原则上，数字式调节器只需要增添计算功能。为了达到必要的精准度，整个数字控制器系统必须很好地匹配，系统的机械部分并行提供动力，致使各个压电制动器在同一平台上起作用，直至实现6个运动轴，3个线性运动轴，3个环动运动轴。相对于堆叠的轴，这种设置在空间结构大小和定位精准度上均具有优势。

　　为了达到精准度的最佳化，必须选择合适的传感部件，传感部件能够基于一个底线来直接无接触地测量处于动态的平台位置(即直接计量法)。而对于平行运动系统，传感部件能够同时监测所有调节的自由度(即平行计量法)， 且控制器能够实时补偿导向装置工作中的误差。这样，不但能够显著改善轨迹精准度，而且能够确保传感部件和控制器功能的重复性和运行的平稳性。实践表明，采用电容传感器能够达到压电纳米定位系统数字控制器所要求的最高精准度(如上页图)。

　　适当的匹配对于控制器发挥功能非常重要

　　压电纳米定位系统数字控制器最重要的功能是解锁与速度。为此，性能最佳的控制器须装入多轴高解锁定位数据转换器。该数据转换器最低的解锁速度为 20Bit，这样便能够释放以百万个数据点为单位的模拟信号。达到这样信息传输位速率的先决条件是制备传感部件、放大器以及供电的噪声均须保持足够低的水平。如果关系重大的频带不受明显干扰，那么在输入模拟信号时，常常通过信号处理的规则实现具有决定性意义的信息传输位速率的提高。因为压电制动器高度敏感，所以每个噪声，即使是极其微弱的噪声也会直接转化为压电制动器产生运动。在实践中，常常使用100V的控制电压，而噪声电压要降至0.1μV。为了使常规模拟控制器处在“实时工作”状态而不会出现明显的滞后，输入数据必须快速且均匀地得到加工处理。这样就须使用快速程序处理器：每当控制器给出任务，随即使用多个先进的数字信号处理器(DSP)或通过大功率PC机加以处理。当然，相应地也要求传感部件提供实时的传感数据，且控制器须提供实时的控制信号。