СИСТЕМА И СПОСОБ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

1. Система для позиционирования объекта, содержащая:
неподвижное основание;
опору для объекта;
привод для приложения силы для перемещения опоры относительно неподвижного основания;
датчик для измерения силы нагрузки, действующей на опору; и
контроллер для обработки измеренной силы нагрузки для управления положением опоры и/или для подавления по меньшей мере одной резонансной частоты системы.
2. Система по п.1, в которой контроллер обрабатывает измеренную силу нагрузки в петле обратной связи.
3. Система по п.1 или 2, в которой контроллер регулирует положение опоры в ответ на измеренную силу нагрузки.
4. Система по п.1 или 2, в которой контроллер управляет приводом для регулировки положения опоры.
5. Система по п.1 или 2, в которой контроллер вычисляет перемещение опоры по измеренной силе нагрузки.
6. Система по п.5, в которой перемещение опоры вычисляется согласно выражению:
где d - перемещение опоры;
F - измеренная сила нагрузки;
p
M - масса опоры;
s - параметр преобразования Лапласа;
f
c - коэффициент затухания гибкой связи; и
f
k - жесткость гибкой связи.
7. Система по п.1 или 2, в которой датчик силы генерирует выходное напряжение, соответствующее измеренной силе нагрузки, а перемещение опоры вычисляется как значение, пропорциональное выходному напряжению.
8. Система по п.7, в которой перемещение опоры вычисляется согласно выражению:
где d - перемещение опоры;
s
V - выходное напряжение, соответствующее измеренной силе нагрузки;
F - измеренная сила нагрузки;
s
g - коэффициент передачи датчика силы;
p
M - масса опоры;
s - параметр преобразования Лапласа;
f
c - коэффициент затухания гибкой связи; и
f
k - жесткость гибкой связи.
9. Система по п.1 или 2, в которой датчик силы калибруют с помощью заряда и/или напряжения датчика силы.
c
10. Система по п.2, в которой контроллер обрабатывает измеренную силу нагрузки в петле обратной связи на частотах выше заранее заданной переходной частоты ω.
c
11. Система по п.10, в которой переходная частота ω лежит выше граничной частоты датчика силы.
c
12. Система по п.10 или 11, в которой переходная частота ω определяется согласно выражению:
c
где ω - переходная частота;
co
ω - граничная частота;
in
R - входное сопротивление буфера напряжения; и
C - емкость датчика силы.
c
13. Система по п.10 или 11, дополнительно содержащая датчик положения для измерения положения опоры, при этом измеренное положение опоры используется для вычисления перемещения опоры, а контроллер обрабатывает вычисленное перемещение на частотах ниже переходной частоты ω.
c
14. Система по п.10 или 11, в которой контроллер вычисляет перемещение опоры по входному напряжению привода и реакции системы с разомкнутой петлей обратной связи и обрабатывает вычисленное перемещение на частотах ниже переходной частоты ω.
c
15. Система по п.10 или 11, дополнительно содержащая датчик перемещения для измерения перемещения опоры, при этом контроллер обрабатывает измеренное перемещение в петле обратной связи на частотах ниже заранее заданной переходной частоты ω.
16. Система по любому из пп.2, 10 или 11, в которой контроллер обрабатывает измеренную силу нагрузки в петле обратной связи для увеличения коэффициента затухания системы.
17. Система по любому из пп.2, 10 или 11, в которой для улучшения реакции системы с замкнутой петлей обратной связи контроллер добавляет сигнал прямой связи на вход петли обратной связи.
18. Система по п.1 или 2, в которой по меньшей мере одна резонансная частота представляет собой первую резонансную моду системы.
19. Система по п.1 или 2, которая дополнительно имеет множество резонансных мод, и в которой контроллер подавляет одну или более резонансных мод системы.
20. Система по п.1 или 2, в которой датчик силы помещен по меньшей мере частично между опорой и приводом.
21. Система п.1 или 2, которая представляет собой систему нанопозиционирования.
22. Способ управления системой для позиционирования объекта, содержащей неподвижное основание, опору для объекта и привод для приложения силы к этой опоре, включающий:
приведение в действие привода для приложения силы для перемещения опоры относительно неподвижного основания;
измерение силы нагрузки на опору; и
обработку измеренной силы нагрузки для управления положением опоры и/или для подавления по меньшей мере одной резонансной частоты системы.
23. Способ по п.22, в котором шаг обработки включает обработку измеренной силы нагрузки в петле обратной связи.
24. Способ по п.22 или 23, дополнительно включающий шаг регулировки положения опоры в ответ на измеренную силу нагрузки.
25. Способ по п.22 или 23, дополнительно включающий шаг управления приводом для регулировки положения опоры.
26. Способ по п.22 или 23, дополнительно включающий шаг вычисления перемещения опоры по измеренной силе нагрузки.
27. Способ по п.26, в котором перемещение опоры вычисляют согласно выражению:
где d - перемещение опоры;
F - измеренная сила нагрузки;
p
M - масса опоры;
s - параметр преобразования Лапласа;
f
c - коэффициент затухания гибкой связи; и
f
k - жесткость гибкой связи.
28. Способ по п.22 или 23, в котором шаг измерения силы нагрузки включает использование датчика силы для измерения силы нагрузки, при этом датчик силы генерирует выходное напряжение, соответствующее измеренной силе нагрузки, а способ дополнительно включает шаг вычисления перемещения опоры как значения, пропорционального выходному напряжению.
29. Способ по п.28, в котором перемещение опоры вычисляют согласно выражению:
где d - перемещение опоры;
s
V - выходное напряжение, соответствующее измеренной силе нагрузки;
F - измеренная сила нагрузки;
s
g - коэффициент передачи датчика силы;
p
M - масса опоры;
s - параметр преобразования Лапласа;
f
c - коэффициент затухания гибкой связи; и
f
k - жесткость гибкой связи.
30. Способ по п.22 или 23, дополнительно включающий шаг калибровки датчика силы с помощью заряда и/или напряжения датчика силы.
c
31. Способ по п.23, в котором шаг обработки включает обработку измеренной силы нагрузки в петле обратной связи на частотах выше заранее заданной переходной частоты ω.
c
32. Способ по п.31, в котором переходная частота ω превышает граничную частоту датчика силы.
c
33. Способ по п.31 или 32, в котором переходная частота ω определяется выражением:
c
где ω - переходная частота;
c
ω - граничная частота;
in
R - входное сопротивление буфера напряжения; и
C - емкость датчика силы.
c
34. Способ по п.31 или 32, дополнительно включающий шаги измерения положения опоры, вычисления перемещения опоры по измеренному положению опоры и обработку вычисленного перемещения в петле обратной связи на частотах ниже заранее заданной переходной частоты ω.
c
35. Способ по п.31 или 32, дополнительно включающий шаг вычисления перемещения опоры по входному напряжению привода и реакции системы с разомкнутой петлей обратной связи и обработку вычисленного перемещения в петле обратной связи на частотах ниже заранее заданной переходной частоты ω.
c
36. Способ по п.31 или 32, дополнительно включающий шаги измерения перемещения опоры и обработки измеренного перемещения в петле обратной связи на частотах ниже заранее заданной переходной частоты ω.
37. Способ по любому из пп.23, 31 или 32, дополнительно включающий шаг обработки измеренной силы нагрузки в петле обратной связи для увеличения коэффициента затухания системы.
38. Способ по любому из пп.23, 31 или 32, дополнительно включающий шаг добавления сигнала прямой связи на вход петли обратной связи для улучшения реакции системы с замкнутой петлей обратной связи.
39. Способ по п.22 или 23, в котором по меньшей мере одна резонансная частота представляет собой первую резонансную моду системы.
40. Способ по п.22 или 23, в котором система имеет множество резонансных мод, а контроллер подавляет одну или более резонансных мод.
41. Способ по п.22 или 23, в котором указанная система представляет собой систему нанопозиционирования.