随着纳米科技的发展,越来越多的应用对柔性纳米定位系统的速度和精度提出了更高的要求。然而,众多研究认为由于柔性纳米定位系统的迟滞非线性和谐振振动特性,导致常规控制方法难以实现高带宽的纳米定位(简称高纳米定位带宽)。尽管它们针对这些难点,设计了许多提高纳米定位带宽的控制方法,但提升效果比较有限。因此,设计更有效的高纳米定位带宽控制方法意义重大。为了寻求更有效的高纳米定位带宽控制方法,本研究以柔性纳米定位平台为研究对象,从性能指标指导方法设计的角度进行探索与深入研究。内容概况如下:(1)从性能指标的角度分析造成现有方法的局限原因,并针对分析结果,进行新性能指标的探索。分析表明,因为纳米定位控制方法所采用的现有性能指标难以同时评估跟踪的速度和精度。其中,时域的跟踪误差侧重于评估跟踪精度,而频域的带宽侧重评估跟踪速度。本文采用优点组合的思想,提出误差容忍带宽性能指标,它可同时评估跟踪的精度和速度,更适用于指导高纳米定位带宽控制方法的设计。此外,为了更合理评估控制方法在整个系统中,实现纳米定位带宽性能的贡献程度。本文基于误差容忍带宽,设计出带宽逼近率性能指标。(2)基于误差容忍带宽,设计新型的高纳米定位带宽控制方法。首先为了便于设计和使得控制策略尽可能简洁,因此采用了一种结构最简洁的复合控制策略,设计出基于误差容忍带宽的最简复合控制(SCC-ω_δ),并对它的控制量特性和稳定性进行理论分析和仿真验证。理论分析表明,SCC-ω_δ的纳米定位带宽可100%逼近二阶线性系统的极限。然后针对SCC-ω_δ具有不稳定的缺点,采用虚拟闭环的思想进行改进,得到了虚拟SCC-ω_δ(VSCC-ω_δ)。最后针对VSCC-ω_δ鲁棒性弱的缺点,引入一种变步长MIT律作为闭环结构进行改进,得到了结构简洁、实现简单的极限控制。(3)为了进一步提高极限控制的高纳米定位带宽性能,本文分别从轨迹整形和模型辨识进行研究。在轨迹整形部分,本文以正弦波轨迹作为过渡轨迹,提出了一种新型三角波轨迹整形方法,该方法不仅能够有效抑制跟踪振动,还可以直接控制整形后的三角波轨迹成分占比。在模型辨识部分,为了高效的获取模型参数,本文采用模型参数直接求解的方法。该方法基于二阶线性系统的频域函数的解析式,只需获得实际跟踪过程的四个特征参数,即可直接求得模型的有效参数。(4)基于典型的低阻尼柔性纳米定位平台进行实验验证。首先介绍了实验系统和所涉及的柔性纳米定位平台的特性。然后进行了模型辨识实验。接着基于辨识结果,分别进行了正弦波轨迹跟踪测试和三角波轨迹跟踪测试。最后在参考轨迹频率接近系统谐振频率的情况下,进行了静态负载扰动测试和动态负载扰动测试。实验结果表明,极限控制可有效实现纳米定位系统的高纳米定位带宽性能,优于若干现有方法,并具备良好够的鲁棒性。