摘 要：利用激光摩尔信号进行精密定位是一种新型的定位方法，具有许多其它方法无法比拟的优点。但是该系统具有非线性、滞后性等特征，传统的控制方法难以很好地发挥作用。本文阐述了一种基于微机的模糊控制定位方法，并给出了具体设计过程，在实验中取得了良好的定位效果。
关键词：精密定位 模糊控制 工业控制计算机
0引言
利用激光摩尔信号进行精密定位在半导体器件制造、精密加工、电子产品组装生产线、高清晰显示器件制造等领域具有广泛的应用前景。与传统的定位方法相比较，它具有定位精度高、稳定性好等优点，因而受到了业界的广泛关注。但由于该测控系统所涉及的激光摩尔信号和驱动系统具有非线性、滞后性等特征，因此，很难以较好的发挥作用。
模糊控制不需要建立受控对象清晰的数学模型，而是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种智能控制。本文将模糊控制斩理论方法应用于该精密定位控制系统，不仅获得了良好的系统动、静态特性，同时又缩短了定位时间，为进一步改善其控制性能，探索了有益的途径。
1精密定位控制系统的原理与组成
由波动光学的理论可知，光是电磁波的一种形式，激光发生器所发出的单色光波经狭缝衍射后以柱面波的形式向外传播。激光束垂直透射两片平行放置的位置传感器光栅，其波动方程在柱坐标系下求解，得出经第一片光栅衍射后在第二片栅背面所形成的光波复振幅方程：
k—光波矢，k=2π/λ；
2m+1—激光束光斑所覆盖的光栅条纹数；
g—两片光栅之间的间隔；
△x—两片光栅的相对位移；
p—光栅常数。
光波复振幅分布ψ1(x1，g)经第二片光栅振幅修正后，在夫琅和费衍射条件下远场复振幅分布为：
经过对式(3)进行仿真可以得出，0次衍射光光强随两光栅相对应位移△x的变化呈周期性变化，且当两光栅间隔g为p2/λ的整数倍时变化幅度最大，在此位置上检测反映两光栅相对位移的光强变化量灵敏度最高，适合于进行高精度位移检测。
依据上述原理设计的精密检测定位系统如图1所示，系统由激光发生器、分光镜、定位台、光电二极管、信号处理电路、工业控制计算机、步进电机、机械执行机构等组成。为确保定位的高精度，采用抗干扰能力强的工业控制计算机作为控制装置的核心，工控机所用的板卡有：plc-818l数据采集控制板卡、6020系列isa总线三轴步进电机控制卡、16通道继电器输出端子板pcld-785、16路光隔离d/i端子板pcld-782及pca-6167系列主板，主板内置工业级cpu卡，并使用pentiumⅲ处理器。定位时，he-ne激光管发出的激光束经刻在定板和动板上的双光栅衍射后，其中光强最强的0次衍射光垂直照射光电传感器，光强信号转变为微弱的电信号。该信号经放大滤波后由工控机采集，并与给定信号相比较，工控机根据光强偏差量以及偏差量的变化率经模糊化、模糊推理、模糊决策、解模糊等步骤，向步进电机发出相应的控制脉冲以驱动动板的移动，从而实现高精度定位。
2模糊控制器的设计
模糊控制器一般由模糊化、模糊推理和解模糊三部分构成，下面从这三部分简单说明精密定位系统模糊控制器的设计。
2.1变量的模糊化
在本控制系统中，选取光强偏差量e和光强偏差量的变化率ec为模糊控制器的输入语言变量，选取步进电机的控制脉冲数u为输出语言变量。
在考虑实际控制过程和计算量的基础上，本系统语言变量e的论域定义为e：{-5-4-3-2-1-0+012345}，ec的论域定义为u：{-3-2-1-0+0123}，u的论域定义为u：{-5-4-3-2-1-0+012345}。光强偏差量e的基本论域为［-3600，3600］，则e的量化因子ke=5/3600=1/720，偏差变化率ec的基本论域为［-120，120］，则ec的量化因子为ke=3/120=1/40。控制量u的基本论域为［-5，5］，则u的量化因子ku=5/5=1。上述的量化方法可使模糊控制器在偏差较大时对被控过程进行粗调，在偏差较小时进行微调，从而防止出现大的超调，保证较好的稳态性和较短的过渡时间。
考虑到控制规则既灵活、细致又简单易行，光强偏差量e的模糊集合定义为{nb nm ns no po ps pm pb}，光强偏差量的变化率ec的模糊集合定义为{nb nm ns o ps pm pb}，输出语言变量u的模糊集合定义为{nb nm ns o ps pm pb}。
采用三角形函数(trimf)作为控制系统语言变量的模糊集合隶属函数，e、ec和u的隶属函数如图2所示：
2.2模糊推理
根据控制系统的输入输出特性，以消除光强偏差量e为控制目标，制订模糊控制规则，如表1所示。
应用模糊集合的运算规则，由其中第一条控制规则语句可以求得其模糊控制关系
同理可以得到，因此整个系统的总控
