基于壓電執(zhí)行器的驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、壓電執(zhí)行器具有體積小、力矩大、噪聲小、位移的分辨率高、對外界的電磁環(huán)境要求低等優(yōu)點，在精密定位中有著廣泛的應(yīng)用。但是，壓電執(zhí)行器自身的遲滯、蠕動等非線性特性和驅(qū)動要求，嚴重影響著其廣泛應(yīng)用。壓電執(zhí)行器的遲滯非線性使壓電執(zhí)行器在電壓驅(qū)動的條件下，存在15％-20%的誤差，同時其蠕變特性也增加其誤差范圍。故需要為本文所使用的壓電執(zhí)行器設(shè)計更加精確的驅(qū)動控制系統(tǒng)。
　　本文首先對壓電執(zhí)行器的非線性進行了分析，在壓電執(zhí)行器的常用驅(qū)動方式中

2、選用PWM開關(guān)式驅(qū)動方式來驅(qū)動壓電執(zhí)行器；并對壓電執(zhí)行器的遲滯非線性的常用模型進行了討論，選用Bouc-Wen遲滯模型來對壓電執(zhí)行器建模，對壓電執(zhí)行器的控制方案論證，確定本文設(shè)計控制系統(tǒng)的方案是結(jié)合逆Bouc-Wen模型前饋控制和PI反饋控制的混合控制方案。
　　本文為壓電執(zhí)行器設(shè)計的驅(qū)動電源是由ECU模塊、直流電源模塊、充放電模塊和采樣反饋模塊幾個模塊組成的。實現(xiàn)了120V的直流高壓穩(wěn)壓源，輸出電流最大可達1A，且其靜態(tài)紋波在0

3、.05V左右。充放電模塊采用能量守恒式充放電方式實現(xiàn)了0-100V的電壓輸出，實現(xiàn)了在120ms內(nèi)完成壓電執(zhí)行器0到100V的升壓。對驅(qū)動電源的線性度、階躍響應(yīng)、頻響特性等性能進行實驗，驅(qū)動電源實現(xiàn)了0-100V可調(diào)電源，精度約為0.2%，且具有良好的動態(tài)特性，非線性誤差小，約為0.25%，輸出電流最大可達1A。針對本文使用的壓電執(zhí)行器的遲滯特性使用Bouc-Wen模型建模并完成其參數(shù)辨識，通過其逆模型完成基于Bouc-wen模型的前饋

4、控制。本文設(shè)計了PI反饋控制，設(shè)計了將前饋控制結(jié)合PI反饋控制的混合控制方法，通過時域測定法得到壓電執(zhí)行器的傳遞函數(shù)，并通過傳遞函數(shù)采用Matlab試湊法仿真得到了相應(yīng)的控制參數(shù)。
　　本文最后對整個控制系統(tǒng)進行實驗測試。由測試得到，驅(qū)動控制系統(tǒng)靜態(tài)輸出時，壓電執(zhí)行器的位移輸出誤差在0.3%以下；動態(tài)輸出時，在期望輸出為1Hz的正弦信號時，誤差在3%左右；對比在幅值相同，偏置相同，但頻率分別為5Hz、10Hz和20Hz時的位移輸出