中文摘要：

平面电机具有二维直接驱动的特点，在精密平面定位中具有广阔的应用前景。由于平面电机动力学具有多变量强耦合特征，通常的控制思维都是将其动力学在笛卡尔坐标系中进行解耦以得到各轴上的独立伺服系统。对于高性能轮廓运动控制而言，这种解耦方式控制计算量大但轮廓运动性能却较差。区别于这种解耦思路，本项目提出一种将平面电机强耦合动力学直接在全局任务坐标系中进行解耦控制的方式，针对平面电机二维运动控制中的难点问题- - 高精度快速大曲率轮廓运动控制展开研究，最终提炼出一套高性能轮廓运动控制方法，实现平面电机对快速大曲率轮廓轨迹的高效高精度跟踪。所提方法突破了传统的平面电机在笛卡尔坐标系中的解耦控制方式，具有控制计算量小、轮廓运动控制精度高等优点，能有效解决平面电机的高精度快速大曲率轮廓运动控制问题，并为平面电机的应用研究提供有益的借鉴。

结论摘要：

本项目针对气浮平面电机运动系统，展开了平面电机轮廓运动控制软硬件系统搭建调试、精密多维运动系统测量精度标定、基本曲线轮廓正交全局任务坐标系设计、精密气浮平面运动平台运动控制等方面的研究工作，为精密/超精密平面电机运动系统的应用提供有益借鉴。项目实施中，首先完成了几类精密/超精密气浮平面电机运动系统的搭建及调试工作，包括机械部件、驱动与测量、控制系统软硬件等；构建了各种基本曲线（直线/圆弧/椭圆弧/抛物线/高次曲线等）对应的全局任务坐标系，并给出了各种基本曲线全局任务坐标系解析式，间接为机床加工业提供了相应直线插补、圆弧插补、椭圆弧插补、抛物线插补以及高次曲线插补方法的理论基础；针对多自由度运动系统的测量精度标定问题，依次针对二维、三维、旋转工作台，提出了基于对称、传递及冗余的简易自标定方法，并设计制作相应自标定装置，实验验证了所提自标定方法及装置的有效性；针对平面气浮微动台超精密定位精度指标要求，提出了基于结构不确定性模型建模方法，并给出了结构不确定性建模的鲁棒回路成形控制器优化方案，实现了纳米级定位控制精度；针对超精密气浮粗精动一体平面运动台，提出了串联式自适应迭代学习控制方法，实现了扫描过程中纳米级控制精度；针对精密粗/精叠层平面运动系统中耦合影响严重、模型复杂的特点，提出了基于数据驱动建模的迭代解耦控制方法；鉴于全局任务坐标系中平面电机动力学系统具有强耦合非线性，提出了自适应鲁棒迭代学习控制方法，实验验证该方法具有良好的瞬/稳态控制性能、自适应性和鲁棒性。相关成果为课题组工程项目指标实现提供了重要技术支撑。基于该项目，发表有本项目基金标注的论文15篇，其中SCI论文8篇，包括三篇IEEE Transactions on Industrial Electronics，IF=6.5；两篇IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，IF=1.710；一篇Measurement Science & Technology，IF=1.352； 一篇Review of Scientific Instruments，IF=1.602；一篇Proc. IMechE, Part I: Journal of Systems and Control Engineering，IF=0.783。申请专利6项，授权3项。