Quantifying the performance enhancement facilitated by fractional-order implementation of classical control strategies for nanopositioning

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作者
Wang Tiecheng,Andrés San-Millán,Sumeet S. Aphale
出处
期刊:Isa Transactions [Elsevier BV]
卷期号:147: 153-162 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.isatra.2024.01.033
摘要

For most nanopositioning systems, maximising positioning bandwidth to accurately track periodic and aperiodic reference signals is the primary performance goal. Closed-loop control schemes are employed to overcome the inherent performance limitations such as mechanical resonance, hysteresis and creep. Most reported control schemes are integer-order and combine both damping and tracking actions. In this work, fractional-order controllers from the positive position feedback family namely: the Fractional-Order Integral Resonant Control (FOIRC), the Fractional-Order Positive Position Feedback (FOPPF) controller, the Fractional-Order Positive Velocity and Position Feedback (FOPVPF) controller and the Fractional-Order Positive, Acceleration, Velocity and Position Feedback (FOPAVPF) controller are designed and analyzed. Compared with their classical integer-order implementation, the fractional-order damping and tracking controllers furnish additional design (tuning) parameters, facilitating superior closed-loop bandwidth and tracking accuracy. Detailed simulated experiments are performed on recorded frequency-response data to validate the efficacy, stability and robustness of the proposed control schemes. The results show that the fractional-order versions deliver the best overall performance.
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