[发明专利]一种多自由度静电悬浮系统几何对称性逼近方法

权利要求书

1.一种基于迭代调节的多自由度静电悬浮系统几何对称性逼近方法，其特征在于：将平动-转动多自由度系统视为多个独立平动自由度，并对所述多个独立平动自由度对称性进行循环迭代调节，步骤如下：

步骤S1：初始位置检测：用变预载电压方法检测各个平动自由度的当前闭环位置对称性；

步骤S2：综合对称性判断：如果由步骤S1检测出来的各个平动自由度的闭环位置对称性均小于预设的非对称性阈值，则表明多自由度静电悬浮系统已经对称，调节结束，否则选取其中一个平动自由度通道，进入步骤S3；

步骤S3：单自由度的对称反馈指示电压计算：根据当前所选择的平动自由度通道的闭环位置对称性，计算多自由度静电悬浮系统对称条件下该平动自由度通道的反馈指示电压，作为当前平动自由度的对称反馈指示电压；

步骤S4：单自由度对称性调节：根据步骤S3所得的当前平动自由度的对称反馈指示电压，调节此平动自由度通道相应的闭环点控制电压，使其反馈电压调节到该平动自由度的对称反馈指示电压；

调节平动自由度通道相应的闭环点控制电压的具体方法为在每个控制周期循环执行如下步骤：

(S41)、判断当前反馈电压与对称反馈指示电压V_{b_calculation}之差的绝对值是否小于预设的反馈电压的调节精度，小于，则结束调节过程，大于，则进入步骤(S42)；

(S42)、根据预设的调节步长dV_adjust、调节方向Direction，当前闭环点控制电压，更新闭环点控制电压V_adjutst；

(S43)、获取更新闭环点控制电压前后反馈电压的变化值dV_b，当反馈电压变化值dV_b小于预设的门限时，认为调节步长偏小，将调节步长加倍，按照加倍后的调节步长，重新更新闭环点控制电压V_adjutst，进入步骤(S44)；否则，直接进入步骤(S45)；

(S44)、判断当前周期反馈电压V_b与对称反馈指示电压V_{b_calculation}之差与上一个控制周期的反馈电压V_b与对称反馈指示电压V_{b_calculation}之差是否同向，如果同向，则进入步骤(S45)，否则，进入步骤(S46)；

(S45)、判断当前周期反馈电压与上一个周期反馈电压，哪一个更加接近对称反馈指示电压V_{b_calculation}，如果是上一个周期反馈电压更加接近对称反馈指示电压V_{b_calculation}，则变更调节方向为相反的方向，等待下一个周期到来时，回到步骤(S41)；否则，等待下一个周期到来时，回到步骤(S41)；

(S46)、恢复闭环点控制电压V_adjutst至本控制周期调节之前的值，并将调节长减半，等待下一个周期到来时，回到步骤(S41)；

步骤S5：切换另一个平动自由度通道为当前平动自由度通道，采用变预载电压方法检测当前平动自由度通道的闭环位置的对称性，重复上述步骤S3～步骤S5，使全部平动自由度能逐步逼近对称位置，直到遍历完所有平动自由度通道之后，跳转到步骤S1。

2.根据权利要求1所述的一种基于迭代调节的多自由度静电悬浮系统几何对称性逼近方法，其特征在于：所述预设的非对称性阈值选取范围为：0.0001～0.001。

3.根据权利要求1所述的一种基于迭代调节的多自由度静电悬浮系统几何对称性逼近方法，其特征在于：所述多自由度静电悬浮系统为基于差分电容形式的静电悬浮系统，所述平动自由度通道的闭环位置对称性采用悬浮体的相对位置表示，所述悬浮体的相对位置为悬浮体偏离中心位置的位移y与标称的悬浮体与电容之间间隙d₀之比，所述标称的悬浮体与电容之间间隙d₀为多自由度静电悬浮系统对称条件下悬浮体与电容之间间隙。

4.根据权利要求3所述的一种基于迭代调节的多自由度静电悬浮系统几何对称性逼近方法，其特征在于：所述当前平动自由度的对称反馈指示电压V_{b_calculation}通过解算下列方程得到：

式中，m为悬浮体质量，a为悬浮体加速度，ε_r为相对介电常数，ε₀为真空中的介电常数8.85×10^-12F/m，A为静电悬浮系统自由度通道电容极板有效面积，V_seff为高频交流激励电压有效值，V_r2为变化后的预载电压值。