一种面内二维定位平台的位移反馈控制系统及方法

1.一种面内二维定位平台的位移反馈控制系统，所述面内二维定位平台包括外框、内框、位移台、第一弹性单元、第二弹性单元、第一梳齿单元和第二梳齿单元，其中所述外框通过第一弹性单元对所述内框进行支撑以使得所述外框能够对所述内框沿第一方向进行驱动，所述内框通过第二弹性单元对所述位移台进行支撑以使得所述内框能够对所述位移台沿第二方向进行驱动，所述第一梳齿单元的固定梳齿部固定连接在所述外框上，所述第一梳齿单元的可动梳齿部固定连接在所述内框上，所述第二梳齿单元的固定梳齿部固定连接在所述内框上，所述第二梳齿单元的可动梳齿部固定连接在所述位移台上，所述第一方向与所述第二方向相互垂直；其特征在于：所述第一梳齿单元和所述第二梳齿单元分别包括两组相同且对称设置的梳齿组，所述面内二维定位平台还包括第一参考电容和第二参考电容，所述第一参考电容的容值等于所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组之间的初始容值，所述第二参考电容的容值等于所述第二梳齿单元中的任意一组梳齿组之间的初始容值，所述位移反馈控制系统将所述第一梳齿单元或所述第二梳齿单元中的其中一组梳齿组作为驱动端，另一组梳齿组作为感测端，在对所述驱动端施加驱动电压信号后，得到所述感测端的电流信号和对应的所述第一参考电容或所述第二参考电容的参考电流信号，并根据所述电流信号和所述参考电流信号得到电流变化量，然后根据所述电流变化量计算得到所述感测端所产生的实际位移，再根据所述实际位移与预期位移的偏差信号更新所述驱动电压信号；其中，所述根据所述电流变化量计算得到所述感测端所产生的实际位移包括：感测电路将感测到所述第一参考电容对应的参考电流信号与所述第一梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组的电流信号作差并按比例放大得到放大信号，再所述放大信号发送给锁相放大器；所述锁相放大器根据所述放大信号得到无干扰电压信号，且接收到接地电极的参考信号，再将所述无干扰电压信号和所述参考信号同时发送给反馈控制模块；所述反馈控制模块根据所述无干扰电压信号与所述参考信号得到所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移；具体地，向面内二维定位平台的接地电极施加射频信号V pp ＝A 0 sin(ωt)，式中，A 0 是所施加射频的幅值，ω为射频角频率，t为时间常数；所述感测电路感测到的所述第一参考电容对应的参考电流信号i 11 为：i 11 ＝A 0 ωC 1 cosωt，式中，C 1 为所述第一参考电容的电容值；所述感测电路感测到的所述第一梳齿单元中的另一组梳齿组的电流信号i 12 为：i 12 ＝A 0 ω(C 1 +ΔC 1 )cosωt，式中，ΔC 1 为所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的运动梳齿与固定梳齿之间的电容变化量；通过所述感测电路把电流信号转换成电压信号，通过所述锁相放大器进行锁相输出感测位移信号，实现运动位移量与感测电压值的对应关系；具体地，所述反馈控制模块根据电容变化量与位移的对应关系式ΔC 1 ＝2N a ε 0 h a Δx/g来计算得到所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移Δx，式中，N a 为所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的梳齿对数，ε 0 为空气介电常数，h a 为梳齿厚度，g为梳齿间隙。 2.根据权利要求1所述的位移反馈控制系统，其特征在于，所述位移反馈控制系统包括感测电路、锁相放大器、驱动电压放大器和反馈控制模块，所述驱动电压放大器的输出端连接所述第一梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组所对应的驱动电极上，所述感测电路的输入端同时连接所述第一参考电容的输出电极和所述第一梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组所对应的驱动电极，所述感测电路的输出端连接所述锁相放大器的输入端，所述锁相放大器的输入端还连接接地电极，所述锁相放大器的输出端连接所述反馈控制模块的输入端，所述反馈控制模块的输出端连接所述驱动电压放大器的输入端。 3.根据权利要求1所述的位移反馈控制系统，其特征在于，所述位移反馈控制系统包括感测电路、锁相放大器、驱动电压放大器和反馈控制模块，所述驱动电压放大器的输出端连接所述第二梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组所对应的驱动电极上，所述感测电路的输入端同时连接所述第二参考电容的输出电极和所述第二梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组所对应的驱动电极，所述感测电路的输出端连接所述锁相放大器的输入端，所述锁相放大器的输入端还连接接地电极，所述锁相放大器的输出端连接所述反馈控制模块的输入端，所述反馈控制模块的输出端连接所述驱动电压放大器的输入端。 4.根据权利要求2或3所述的位移反馈控制系统，其特征在于，还包括FPGA平台，所述FPGA平台与所述反馈控制模块相连接，所述FPGA平台的输出端连接所述接地电极以用于向所述接地电极输出射频信号。 5.根据权利要求4所述的位移反馈控制系统，其特征在于，所述反馈控制模块具体为PID控制系统。 6.一种面内二维定位平台的位移反馈控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的位移反馈控制系统对面内二维定位平台进行控制。 7.根据权利要求6所述的位移反馈控制方法，其特征在于，所述位移反馈控制系统包括感测电路、锁相放大器、驱动电压放大器和反馈控制模块，所述驱动电压放大器的输出端连接所述第一梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组所对应的驱动电极上，所述感测电路的输入端同时连接所述第一参考电容的输出电极和所述第一梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组所对应的驱动电极，所述感测电路的输出端连接所述锁相放大器的输入端，所述锁相放大器的输入端还连接接地电极，所述锁相放大器的输出端连接所述反馈控制模块的输入端，所述反馈控制模块的输出端连接所述驱动电压放大器的输入端；所述位移反馈控制方法包括以下步骤：A1：所述驱动电压放大器向所述第一梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组施加驱动电压信号；A2：所述感测电路将感测到所述第一参考电容对应的参考电流信号与所述第一梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组的电流信号作差并按比例放大得到放大信号，再所述放大信号发送给所述锁相放大器；A3：所述锁相放大器根据所述放大信号得到无干扰电压信号，且接收到所述接地电极的参考信号，再将所述无干扰电压信号和所述参考信号同时发送给所述反馈控制模块；A4：所述反馈控制模块根据所述无干扰电压信号与所述参考信号得到所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移，比较所述实际位移与预期位移是否存在偏差，如果是，则利用实际位移与预期位移的偏差信号，更新驱动电压信号，并将更新后的驱动电压信号发送给所述驱动电压放大器，返回步骤A1。 8.根据权利要求7所述的位移反馈控制方法，其特征在于，还包括：向所述接地电极施加射频信号V pp ，其中，射频信号V pp 为：V pp ＝A 0 sin(ωt)，式中，A 0 是所施加射频的幅值，ω为射频角频率，t为时间常数；步骤A2中所述感测电路感测到的所述第一参考电容对应的参考电流信号i 11 为：i 11 ＝A 0 ωC 1 cosωt，式中，C 1 为所述第一参考电容的电容值；所述感测电路感测到的所述第一梳齿单元中的另一组梳齿组的电流信号i 12 为：i 12 ＝A 0 ω(C 1 +ΔC 1 )cosωt，式中，ΔC 1 为所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的运动梳齿与固定梳齿之间的电容变化量；步骤A4中所述反馈控制模块根据电容变化量与位移的对应关系式ΔC 1 ＝2N a ε 0 h a Δx/g来计算得到所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移Δx，式中，N a 为所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的梳齿对数，ε 0 为空气介电常数，h a 为梳齿厚度，g为梳齿间隙。 9.根据权利要求6所述的位移反馈控制方法，其特征在于，所述位移反馈控制系统包括感测电路、锁相放大器、驱动电压放大器和反馈控制模块，所述驱动电压放大器的输出端连接所述第二梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组所对应的驱动电极上，所述感测电路的输入端同时连接所述第二参考电容的输出电极和所述第二梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组所对应的驱动电极，所述感测电路的输出端连接所述锁相放大器的输入端，所述锁相放大器的输入端还连接接地电极，所述锁相放大器的输出端连接所述反馈控制模块的输入端，所述反馈控制模块的输出端连接所述驱动电压放大器的输入端；所述位移反馈控制方法包括以下步骤：B1：所述驱动电压放大器向所述第二梳齿单元中的其中一组作为所述驱动端的梳齿组施加驱动电压信号；B2：所述感测电路将感测到所述第二参考电容对应的参考电流信号与所述第二梳齿单元中的另一组作为所述感测端的梳齿组的电流信号作差并按比例放大得到放大信号，再所述放大信号发送给所述锁相放大器；B3：所述锁相放大器根据所述放大信号得到无干扰电压信号，且接收到所述接地电极的参考信号，再将所述无干扰电压信号和所述参考信号同时发送给所述反馈控制模块；B4：所述反馈控制模块根据所述无干扰电压信号与所述参考信号得到所述第二梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移，并利用实际位移与预期位移的偏差信号，更新驱动电压信号，并将更新后的驱动电压信号发送给所述驱动电压放大器，返回步骤B1。 10.根据权利要求9所述的位移反馈控制方法，其特征在于，还包括：向所述接地电极施加射频信号V pp ，其中，射频信号V pp 为：V pp ＝A 0 sin(ωt)，式中，A 0 是所施加射频的幅值，ω为射频角频率，t为时间常数；步骤B2中所述感测电路感测到的所述第二参考电容对应的参考电流信号i 21 为：i 21 ＝A 0 ωC 2 cosωt，式中，C 2 为所述第二参考电容的电容值；所述感测电路感测到的所述第二梳齿单元中的另一组梳齿组的电流信号i 22 为：i 22 ＝A 0 ω(C 2 +ΔC 2 )cosωt，式中，ΔC 2 为所述第二梳齿单元中的任意一组梳齿组的运动梳齿与固定梳齿之间的电容变化量；步骤B4中所述反馈控制模块根据电容变化量与位移的对应关系式ΔC 2 ＝2N a ε 0 h a Δy/g来计算得到所述第二梳齿单元中的任意一组梳齿组的实际位移Δy，式中，N a 为所述第一梳齿单元中的任意一组梳齿组的梳齿对数，ε 0 为空气介电常数，h a 为梳齿厚度，g为梳齿间隙。