[发明专利]显微镜下的旋转定位平台的控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种显微镜下的旋转定位平台的控制系统，其特征在于，包括：旋转控制台、第一平移控制台和第二平移控制台、样品台、视觉反馈子系统、驱动器和双闭环定位控制系统；

所述旋转控制台、所述第一平移控制台和所述第二平移控制台均由微纳米电机控制；

所述第一平移控制台安装在所述旋转控制台上，所述第二平移控制台安装在所述第一平移控制台上，所述第一平移控制台与所述第二平移控制台的运动方向垂直，且所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的运动方向与所述旋转控制台的旋转轴垂直；

所述样品台用于放置显微镜待观察样品，所述样品台连接于所述第二平移控制台，且位于所述旋转控制台的旋转轴上，并垂直于所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的运动方向；

所述旋转控制台用于带动所述样品台绕所述旋转控制台的旋转轴匀速旋转；

所述视觉反馈子系统用于实时监测所述样品台上的待观察样品的成像坐标位置，通过像素当量计算，确定所述待观察样品在旋转过程中，所述待观察样品上的参考点的位置变化情况，得到反馈位移量；

所述双闭环定位控制系统包括外部位置控制器、内环的第一平移控制台的位移闭环控制子系统和第二平移控制台的位移闭环控制子系统；所述外部位置控制器通过整个系统输入位置与视觉反馈子系统反馈的样本空间位置的位置误差，并通过基于旋转坐标系结构的PID控制器计算内环的第一平移控制台的输入位移量和第二平移控制台的输入位移量；所述第一平移控制台的位移闭环控制子系统和第二平移控制台的位移闭环控制子系统的结构相同，均包括插入式重复控制器和原始闭环位移控制子系统；所述插入式重复控制器用于根据内环输入位移量与驱动器反馈位移量的误差计算位移补偿控制量；所述原始闭环位移控制子系统用于根据输入位移量与驱动器反馈位移量的误差计算所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的位移控制量，并结合位移补偿控制量控制驱动器驱动第一平移控制台和第二平移控制台进行位移。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双闭环定位控制系统还包括前馈补偿器，所述前馈补偿器用于将所述参考点的初始位置作为所述位移闭环控制子系统的补偿输入。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双闭环定位控制系统还包括扰动观测器，所述扰动观测器用于跟踪所述旋转控制台的转动，估计所述旋转控制台转动对所述待观察样品在所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的运动方向的周期性位移波动，将所述周期性位移波动输入所述视觉反馈子系统，使所述视觉反馈子系统根据监测到的所述待观察样品上的参考点的位置与所述周期性位移波动共同确定所述待观察样品上的参考点的位置变化情况。

4.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，所述外部位置控制器具体用于根据所述参考点在预设周期内的位移，计算所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的输入位移量。

5.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，所述插入式重复控制器和所述原始闭环位移控制子系统并联连接；

所述插入式重复控制器包括谐波发生器、低通滤波器、衰减器和补偿控制器，所述谐波发生器、低通滤波器用于产生与所述系统同频率的周期性延时环节，所述衰减器用于调整所述位移补偿控制量的增益，所述补偿控制器用于产生所述位移补偿控制量；

所述原始闭环位移控制子系统为基于PID的直线位移控制器闭环系统，包括直线位移定位器和位移控制器，所述直线位移定位器用于根据所述输入位移量与位移补偿控制量的误差，计算所述第一平移控制台和所述第二平移控制台的位移，所述位移控制器用于控制所述驱动器驱动所述第一平移控制台和所述第二平移控制台进行位移。