低速大范圍下壓電執(zhí)行器動態(tài)蠕變特性分析與控制方法研究.pdf

1、壓電執(zhí)行器是由智能材料構(gòu)成的固態(tài)執(zhí)行器，因具有亞納米級位移分辨率而得以在超精密定位的場合廣泛應(yīng)用。對壓電執(zhí)行器內(nèi)在的遲滯、蠕變、振動和漂移四種非線性，研究人員從宏觀和微觀兩個方面進行了深入的工程實驗和理論研究，得到了許多建模與控制的有效方法。目前對于遲滯的靜態(tài)特性(率無關(guān))和動態(tài)特性(率相關(guān))的研究已日趨成熟，蠕變的靜態(tài)特性(穩(wěn)態(tài)段和單臺階)研究也有很好的抑制方法，但蠕變的動態(tài)特性(暫態(tài)段和多臺階)方面的研究還亟待解決。
　　本文

2、以壓電執(zhí)行器的蠕變特性為研究對象，在證實蠕變現(xiàn)象具有動態(tài)變化的基礎(chǔ)上，對動態(tài)蠕變的特性進行分析和建模，并且研究了動態(tài)蠕變的抑制方法。首先研究了壓電執(zhí)行器在低頻大范圍下的蠕變動態(tài)特性，然后根據(jù)假說研究了遲滯與蠕變分離點;為了抑制動態(tài)蠕變，研究了雙向小幅值電壓尖峰對動態(tài)蠕變的抑制作用，接下來使用模糊PI復(fù)合控制器對不同離散化作用下的動態(tài)蠕變抑制作用，最后基于壓電執(zhí)行器是本質(zhì)分?jǐn)?shù)階對象的特點，研究了分?jǐn)?shù)階復(fù)合控制器對動態(tài)蠕變的抑制作用。

3、>　　主要創(chuàng)新點如下:
　　1、證實了低速大范圍條件下壓電執(zhí)行器的蠕變動態(tài)現(xiàn)象;闡述了動態(tài)蠕變的含義;得到了動態(tài)蠕變的基本變化規(guī)律;改進了log-type和反比例函數(shù)模型并證實了其參數(shù)的遲滯性;提出了在低速大范圍條件下，蠕變與遲滯分離點假說，并設(shè)計了函數(shù)模型，證實了其可前推性。
　　2、基于尖峰電壓的方向?qū)θ渥円种频闹匾绊懀ㄟ^實驗發(fā)現(xiàn)了尖峰電壓對壓電執(zhí)行器非線性抑制的優(yōu)化方向;受滑模等智能算法在臺階電壓開始處產(chǎn)生的尖峰電

4、壓啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)了開環(huán)條件下尖峰電壓幅值的大小、方向以及間隔時間的長短對臺階蠕變的影響規(guī)律，即尖峰電壓幅值對動態(tài)蠕變有非線性影響，存在最優(yōu)值;發(fā)現(xiàn)了尖峰持續(xù)時間增長有利于降低尖峰電壓幅值。
　　3、結(jié)合控制經(jīng)驗設(shè)計了模糊PI復(fù)合控制器，實現(xiàn)了對率無關(guān)遲滯和動態(tài)蠕變同時抑制;證實了微分對壓電執(zhí)行器抑制的效果;提出了合理的模糊控制規(guī)則;設(shè)計直接逆方法作為前饋控制器保證了控制的快速性，并通過實驗證實該控制器能夠同時有效抑制率無關(guān)遲滯和動態(tài)蠕

5、變。
　　4、結(jié)合壓電執(zhí)行器具有本質(zhì)分?jǐn)?shù)階特性和經(jīng)典PID的優(yōu)點，設(shè)計分?jǐn)?shù)階復(fù)合控制器，解決了其他算法在臺階電壓開始處抑制壓電執(zhí)行器非線性時會產(chǎn)生較大幅值尖峰電壓的問題;結(jié)合遲滯直接逆實現(xiàn)了動態(tài)蠕變的抑制，所提復(fù)合控制器具有反應(yīng)速度快，跟蹤精度高，對蠕變暫態(tài)段的超調(diào)電壓具有很好的抑制能力。
　　對壓電執(zhí)行器動態(tài)蠕變的特性分析與控制研究是對其內(nèi)在非線性研究的深化，研究結(jié)果有助于推動壓電執(zhí)行器在低速大范圍下的應(yīng)用;蠕變與遲滯分離