光学超精密测试仪器智能抗振控制理论及其关键技术研究

外界振动的干扰对超精密光学加工和测试精度的影响是先进光学制造与检测领域的难题之一，智能抗振控制技术是解决该难题的重要途径。本项目拟以光学超精密测试仪器对环境振动的抗振需求为背景，首先建立光学超精密测试仪器抗振系统的数学模型，并结合模型结构和针对外部干扰，构建新型的小波－鲁棒混合控制算法（WRHC算法），从而设计智能抗振控制策略，使得抗振系统能够有效地抑制结构的不确定性和外部振动的干扰；其次，进一步研究基于被动抗振和主动抗振相结合的智能混合控制技术的抗振系统结构和关键技术，将空气弹簧作为被动抗振元件, 将压电作动器（PZT）作为主动抗振元件，由此构成的抗振系统可对低频振动进行有针对性的抑制，从而可以有效地隔离整个频率范围内的振动，进而提高光学超精密测试仪器的测试稳定度、测试精度和可靠性。本项目所研究的问题是跨学科的复杂工程系统的控制问题，进一步拓展了智能控制理论的应用。

本课题研究的出发点就在于将被动抗振和主动抗振相结合的混合控制技术应用于光学超精密测试仪器抗振平台系统中，将空气弹簧作为被动抗振元件, 将压电作动器（PZT）作为主动抗振元件，构造了采用被动抗振和主动抗振相结合的混合控制技术的光学超精密测试仪器智能抗振平台系统。同时建立一种新型WRHC 算法将光学超精密测试仪器抗振平台的随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息，以便主动抗振系统对低频振动信号进行抑制。该混合算法的特点是采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息，以便于鲁棒控制算法有针对性的控制主动抗振系统对低频振动进行抑制。使得抗振系统能够有效地抑制结构的不确定性和振动的干扰，主被动抗振系统相结合可有效地隔离整个频率范围内的振动，从而提高光学超精密测试仪器的测试精度。在项目研发后期引入了随机振动的研究，由于振动干扰具有很强的随机性，而且具有一定的多频微弱周期信号特征，因此采用自适应随机共振检测方法进行相关分析与测试，随后，构建随机振动控制系统的结构模型，运用随机激励下的耗散汉密尔顿系统理论，构建外部振动激励下的耗散的汉密尔顿系统，运用随机平均法导出平均系统，建立不确定性系统的随机最优控制问题，针对该随机最优控制问题，由随机动态规划原理得到不确定性系统的动态规划方程，从而得到最优平均控制律。本项目最终初步构建了光学超精密测试仪器的振动模型，对主被动抗振技术及主被动混合抗振技术进行了初步研究，构建了光学超精密测试仪器抗振系统的结构模型及动力学分析，撰写并发表了相关论文4篇，初步构建了光学超精密测试仪器抗振实验系统，以光学移相干涉仪为实验对象验证WRHC 算法对于光学超精密测试仪器抗振平台的抗振效果，撰写并发表相关论文2篇，申请了相关发明专利1项。后期，引入随机振动的研究，进一步扩展该研究项目的领域，发表相关论文4篇。综上所述，本项目初步按照研究计划进行了实施，取得了一定的成果。