壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯非線性建模與控制.pdf

1、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器由于具有分辨率高、響應(yīng)速度快、輸出力矩大和工作帶寬高等特點(diǎn)，在微驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。然而壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器內(nèi)在的遲滯、蠕變非線性和結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性嚴(yán)重影響了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的定位精度。本文主要以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器為研究和控制對(duì)象。首先設(shè)計(jì)了用于控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的上位機(jī)軟件，然后針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯非線性進(jìn)行了建模和控制研究。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.為了實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的計(jì)算機(jī)控制，設(shè)計(jì)了用于壓電陶瓷

2、驅(qū)動(dòng)器控制的上位機(jī)控制軟件，并介紹了軟件的功能和操作方法。設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件不僅實(shí)現(xiàn)了基本的控制電壓發(fā)送和位移采集功能，而且還可以計(jì)算控制器的控制間隔。針對(duì)常用的控制信號(hào)，如正弦波信號(hào)和三角波信號(hào)，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求自動(dòng)生成控制電壓序列。軟件還實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，期望的位移和誤差限給定后，系統(tǒng)可以自動(dòng)完成控制，并給出控制時(shí)間、實(shí)際位移和最終的控制電壓。最后還實(shí)現(xiàn)了基于Matlab/Simulink的上位機(jī)控制軟件。
　　2.首先介紹

3、了經(jīng)典Preisach模型。由于在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要對(duì)Preisach算子進(jìn)行離散化，所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)選取了合適的離散化平面。然后采用實(shí)驗(yàn)獲得的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸入-輸出數(shù)據(jù)辨識(shí)離散Preisach模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知經(jīng)典的Preisach模型能精確擬合壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯主環(huán)。最后對(duì)經(jīng)典Preisach遲滯模型進(jìn)行了改進(jìn)，使其能同時(shí)精確描述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的初始化上升曲線和遲滯主環(huán)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知改進(jìn)的Preisach模型能同時(shí)精確的描述壓電陶瓷驅(qū)

4、動(dòng)器的初始化上升曲線和遲滯主環(huán)。
　　3.首先分別求取了經(jīng)典Preisach模型和改進(jìn)Preisach模型的近似逆模型，并通過(guò)仿真分別對(duì)兩個(gè)逆模型進(jìn)行了驗(yàn)證。然后以兩個(gè)逆模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的前饋控制器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知基于改進(jìn)模型的前饋控制器能控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行更精確的定位。為了提高壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的定位精度，把前饋控制器和PID反饋控制器相結(jié)合，組成復(fù)合控制器。通過(guò)對(duì)比壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在復(fù)合控制器和前饋控制器控制下的定

5、位情況可知，在復(fù)合控制器控制下的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有更高的定位精度。
　　4.設(shè)計(jì)了基于離散Preisach模型的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的自適應(yīng)逆控制器。采用離散Preisach模型描述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯非線性，并根據(jù)實(shí)際輸出位移和期望位移之間的比值，實(shí)時(shí)更新Preisach模型的密度函數(shù)。通過(guò)對(duì)比壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在自適應(yīng)逆控制器和前饋控制器控制下的定位情況可知，在自適應(yīng)逆控制器的控制下壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有更高的定位精度。
　　最后對(duì)全