罗四维，乐燕芬，彭 洋，吴俊杰，雷李华，张 波，金 涛

（1.上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093；2.上海计量测试技术研究院，上海 201203）

1 引言

随着科学技术的发展，微电子工程、光学精密工程、计量科学与技术等领域对纳米位移技术的要求越来越严格，不但要求具有纳米级位移精度，还需要有较高的灵敏度且易于控制［1，2］。现阶段的纳米位移系统通常采用压电陶瓷作为驱动元件，压电陶瓷由于具有良好的动态特性和高分辨率等特点，已成为微位移驱动方面的理想器件［3，4］。但在使用过程中也存在一些缺陷，如存在非线性、蠕变、机械振动和热漂移问题［5］。

为了在压电致动器上获得高度线性化的位移操作，有关学者提出了许多可行的方法及措施。反馈控制是工业领域中应用最广泛的方法，代表性的方法有比例积分微分控制（PID）［6］、比例二重积分控制（PII）［7］及比例积分控制（PI）。然而，这些控制方法均需要高精度位移传感器，但传感器的噪声会限制控制与位移的精度［8］。前馈控制是另一种有效的方法，主要思想是首先获得描述驱动器的滞后行为的数学模型，然后基于所提出的模型的反演来实现前馈控制器。前馈控制虽然不涉及传感器，但是模型的不确定性通常将定位精度限制在驱动范围的1%～3%［9，10］。它的复杂性限制了可实现的精度和实际应用。电荷控制是除反馈和前馈控制外的另一种控制方案，其控制原理是由于压电陶瓷的位移与电荷量成正比，所以可以简单的通过电荷反馈来控制压电陶瓷的位移，既不需要昂贵的位移传感器也不必建立复杂的数学模型就可以大大改善压电陶瓷的迟滞。……