[發(fā)明專利]顯微鏡下的旋轉(zhuǎn)定位平臺的控制系統(tǒng)和控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810064802.7
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108563246B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚萬峰;王春寶;劉銓權(quán);段麗紅;申亞京
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東銘凱醫(yī)療機器人有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G02B21/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

1.一種顯微鏡下的旋轉(zhuǎn)定位平臺的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：旋轉(zhuǎn)控制臺、第一平移控制臺和第二平移控制臺、樣品臺、視覺反饋子系統(tǒng)、驅(qū)動器和雙閉環(huán)定位控制系統(tǒng)；

所述旋轉(zhuǎn)控制臺、所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺均由微納米電機控制；

所述第一平移控制臺安裝在所述旋轉(zhuǎn)控制臺上，所述第二平移控制臺安裝在所述第一平移控制臺上，所述第一平移控制臺與所述第二平移控制臺的運動方向垂直，且所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的運動方向與所述旋轉(zhuǎn)控制臺的旋轉(zhuǎn)軸垂直；

所述樣品臺用于放置顯微鏡待觀察樣品，所述樣品臺連接于所述第二平移控制臺，且位于所述旋轉(zhuǎn)控制臺的旋轉(zhuǎn)軸上，并垂直于所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的運動方向；

所述旋轉(zhuǎn)控制臺用于帶動所述樣品臺繞所述旋轉(zhuǎn)控制臺的旋轉(zhuǎn)軸勻速旋轉(zhuǎn)；

所述視覺反饋子系統(tǒng)用于實時監(jiān)測所述樣品臺上的待觀察樣品的成像坐標(biāo)位置，通過像素當(dāng)量計算，確定所述待觀察樣品在旋轉(zhuǎn)過程中，所述待觀察樣品上的參考點的位置變化情況，得到反饋位移量；

所述雙閉環(huán)定位控制系統(tǒng)包括外部位置控制器、內(nèi)環(huán)的第一平移控制臺的位移閉環(huán)控制子系統(tǒng)和第二平移控制臺的位移閉環(huán)控制子系統(tǒng)；所述外部位置控制器通過整個系統(tǒng)輸入位置與視覺反饋子系統(tǒng)反饋的樣本空間位置的位置誤差，并通過基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)的PID控制器計算內(nèi)環(huán)的第一平移控制臺的輸入位移量和第二平移控制臺的輸入位移量；所述第一平移控制臺的位移閉環(huán)控制子系統(tǒng)和第二平移控制臺的位移閉環(huán)控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括插入式重復(fù)控制器和原始閉環(huán)位移控制子系統(tǒng)；所述插入式重復(fù)控制器用于根據(jù)內(nèi)環(huán)輸入位移量與驅(qū)動器反饋位移量的誤差計算位移補償控制量；所述原始閉環(huán)位移控制子系統(tǒng)用于根據(jù)輸入位移量與驅(qū)動器反饋位移量的誤差計算所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的位移控制量，并結(jié)合位移補償控制量控制驅(qū)動器驅(qū)動第一平移控制臺和第二平移控制臺進(jìn)行位移。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述雙閉環(huán)定位控制系統(tǒng)還包括前饋補償器，所述前饋補償器用于將所述參考點的初始位置作為所述位移閉環(huán)控制子系統(tǒng)的補償輸入。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述雙閉環(huán)定位控制系統(tǒng)還包括擾動觀測器，所述擾動觀測器用于跟蹤所述旋轉(zhuǎn)控制臺的轉(zhuǎn)動，估計所述旋轉(zhuǎn)控制臺轉(zhuǎn)動對所述待觀察樣品在所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的運動方向的周期性位移波動，將所述周期性位移波動輸入所述視覺反饋子系統(tǒng)，使所述視覺反饋子系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的所述待觀察樣品上的參考點的位置與所述周期性位移波動共同確定所述待觀察樣品上的參考點的位置變化情況。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外部位置控制器具體用于根據(jù)所述參考點在預(yù)設(shè)周期內(nèi)的位移，計算所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的輸入位移量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述插入式重復(fù)控制器和所述原始閉環(huán)位移控制子系統(tǒng)并聯(lián)連接；

所述插入式重復(fù)控制器包括諧波發(fā)生器、低通濾波器、衰減器和補償控制器，所述諧波發(fā)生器、低通濾波器用于產(chǎn)生與所述系統(tǒng)同頻率的周期性延時環(huán)節(jié)，所述衰減器用于調(diào)整所述位移補償控制量的增益，所述補償控制器用于產(chǎn)生所述位移補償控制量；

所述原始閉環(huán)位移控制子系統(tǒng)為基于PID的直線位移控制器閉環(huán)系統(tǒng)，包括直線位移定位器和位移控制器，所述直線位移定位器用于根據(jù)所述輸入位移量與位移補償控制量的誤差，計算所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺的位移，所述位移控制器用于控制所述驅(qū)動器驅(qū)動所述第一平移控制臺和所述第二平移控制臺進(jìn)行位移。