
纳米位移台高频扫描下谐振振荡问题
纳米位移台柔性铰链结构存在固有谐振频率,在高速扫描工况下,激励频率接近固有频率时会引发谐振,造成运动轨迹畸变,限制纳米位移台高速扫描能力。
现象:纳米位移台执行快速阶跃运动或者高频连续扫描时,位移曲线出现明显振荡、超调;扫描成像的线条边缘出现周期性波纹;降低扫描速度之后振荡现象明显减弱,低速定位时位置读数稳定。
成因:纳米位移台柔性机械结构存在固有谐振峰,扫描驱动信号的频率靠近结构固有频率,激发机械共振。不同品牌型号纳米位移台的谐振频率、阻尼系数参数各不相同,大行程纳米位移台通常固有谐振频率更低,更容易在高速扫描时触发振荡。闭环控制器 PID 参数匹配不佳,也会放大谐振带来的抖动。
改善方案:操作纳米位移台时,将扫描工作频率控制在固有谐振频率的 1/3 以内,避开共振区间;优化纳米位移台闭环 PID 控制参数,增加系统阻尼抑制振荡;启用控制器内置的陷波滤波器,针对性抑制对应谐振峰;降低阶跃位移的步长,采用平滑的 S 型驱动曲线,减少运动冲击;必要时选用更高固有频率的小行程纳米位移台适配高速扫描需求。