磁滞补偿新方法在线性磁阻致动器中的应用及其高精度磁通控制研究

本文综述了线性磁阻致动器（LRA）中电磁磁滞（Hysteresis）的非线性问题及其补偿策略。作者通过构建磁滞模型（Hammerstein结构）并结合自适应前馈参数调谐方法（Adaptive Feedforward Tuning），有效实现了对速率依赖性和位移依赖性磁滞的精确补偿。实验验证表明，该方法显著提升了磁通（Flux）控制精度，为高精度光刻机等高端装备提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

本研究在线性磁阻致动器中成功实现了速率依赖性与位移依赖性磁滞非线性的线性化处理。针对系统非线性及外部扰动（如位移扰动）导致的模型参数动态变化，我们基于已建立的Hammerstein模型提出了一种组合控制策略。该方法融合了逆模型补偿与自适应前馈调谐技术，有效提升了磁滞补偿的鲁棒性和精度。

Section snippets

The reluctance actuator and its control system

线性磁阻致动器是一种基于磁阻效应（Reluctance Effect）的专用致动器。通过调节定子线圈中的电流，产生动态磁场，并利用磁阻变化感生电磁力，驱动动子进行线性运动。实际应用中，该致动器通常采用E型软磁定子和I型软磁动子结构。

Hammerstein model

磁阻致动器中的速率依赖性磁滞可概念化为速率无关磁滞与线性动力学及扰动的复合效应。我们采用Hammerstein模型来捕捉这一现象，其由静态磁滞非线性模块（N(•)）和线性动态模块（G(t)）级联构成。其中，i(t)表示电流，B(t)表示磁通密度。

Design of adaptive feedforward parameter tuning controller

为应对模型识别误差、运动引起的参数扰动以及测量噪声等干扰对磁滞补偿性能的影响，我们提出了结合逆模型补偿和自适应前馈参数调谐的控制策略。在该控制框架中，B_d(t)代表参考轨迹，e(t)为参考输入与实际输出之间的误差，C_fb表示反馈控制器。

Experimental results

本节在我们实验室开发的磁阻致动器上实验验证了所提出方法的性能。结果表明，在不同位置和运动场景下，该方法均优于固定前馈控制方法，展现出更优的磁通跟踪精度和动态响应。

Conclusion

本研究成功实现了线性磁阻致动器中速率依赖性和位移依赖性磁滞非线性的线性化。针对系统非线性及位移扰动等外部干扰导致的模型参数动态变化，基于已建立的Hammerstein模型，我们提出了一种结合逆模型补偿与自适应前馈调谐的组合控制方法。该方法有效提升了磁滞补偿的精度和鲁棒性，为高精度装备控制提供了新途径。