贾宏光[1]2000年在《基于变比模型的压电驱动微位移工作台控制方法研究》文中指出压电驱动微位移技术目前应用十分广泛，压电驱动器的非线性特性是影响其重复定位精度、动态响应性能的主要因素。作者在国内外已经取得的科研成果基础上，对压电驱动器的非线性特性的若干理论和实际问题进行了深入地研究，在以下几个方面取得了有价值的进展： 1.在大量实验的基础上，根据压电驱动器非线性的特性，本文建立了一种反应这种非线性特性内、外环关系的新的数学模型—变比模型。通过所建立的变换矩阵，将压电驱动器内环的运动轨迹同外环曲线有机地结合在一起。此模型对压电驱动器内环非线性曲线的最大相对拟会误差为2％。另外，对变比模型的一些性质进行了详细地分析、阐述、论证。 2.根据压电驱动器的物理特性和所建立的变比模型，同时采用前馈控制原理，本文构造了一种新的带有模型前馈补偿的变速积分PID算法，并利用此算法对压电驱动器进行了控制。在这种算法的控制下，使压电驱动器对任意信号的跟踪误差不超过1.3％。 3.对压电驱动微位移工作台进行了动力学特性分析，确立了应该满足的边界条件，为此类工作台提供了设计准则。在此基础上论证了变比模型对压电驱动微位移工作台的适用性，构造了相应的控制算法。在这种算法的指导下实施控制，使压电驱动微位移工作台对任意信号的相对跟踪误差可减小到0.9％。 4.分析了压电驱动微位移工作台实现纳米级分辨力的影响因素，并在有效消除了各种因素的影响以后，使微位移工作台在35×46微米工作行程内实现了10纳米的闭环分辨力和5纳米的开环分辨力。
甘金强[2]2017年在《微位移平台压电陶瓷驱动系统非线性建模与控制方法研究》文中进行了进一步梳理随着精密定位技术的发展,基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统已经在工业生产与科学研究中得到广泛应用,例如,纳米压印,光电封装,细胞排列与跟踪,精密加工等。压电陶瓷驱动器是基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统重要组成部分,其驱动精度直接影响微纳定位系统的定位精度,因此,研究分析提升压电陶瓷的驱动精度具有十分重要的意义。压电陶瓷存在复杂的迟滞非线性特征,在使用过程中容易产生震荡,控制复杂且容易导致系统不稳定。当前提升压电陶瓷驱动精度需要依靠合理的数学模型对其迟滞特征进行准确地描述,但现有大多数迟滞模型精度不高,结构复杂,参数众多且难以辨识。此外,现有迟滞模型往往只能描述迟滞静态特性或者动态特性,适用范围过于狭窄。为了补偿压电陶瓷的迟滞非线性,进一步提升驱动精度,本文深入研究了压电陶瓷非线性建模及其迟滞补偿控制方法,主要内容如下:首先,针对传统迟滞模型结构复杂,参数众多,难以获取解析逆模型等特点,提出了一种新型多项式压电陶瓷迟滞模型。该模型基于压电陶瓷实际迟滞非线性特征,将迟滞曲线根据输入电压大小进行分段处理,分别用二次多项式和线性表达式来描述。与传统的迟滞模型比较,该模型结构简单,参数较少,容易求解逆模型。随后在多项式逆模型的基础上,提出了基于多项式逆模型前馈控制方法和混合控制方法,后续实验结果证明基于该模型的迟滞补偿控制方法的可行性与有效性。其次,针对当前迟滞模型适用范围过于狭小,只能描述迟滞静态特性或动态特性,模型精度较低的缺陷,本文提出了一种基于经典Prandtl-Ishlinskii模型的广义迟滞模型,并进行了实验验证。该广义迟滞模型既能描述迟滞静态特性,又能描述动态特性,通过使用二次多项式及初始位移项来描述迟滞非线性静态特性,通过引入输入信号频率参数,描述不同频率下迟滞曲线的动态特性。在此基础上,本文利用直接逆模型建模方法获取迟滞逆模型,结合自适应LMS算法,设计了两种迟滞补偿控制方法:基于单逆模型的自适应控制方法和基于双逆模型的自适应控制方法,并设计基于迟滞逆模型的前馈控制器和PID控制器作为对照组。随后通过点对点追踪、正弦信号追踪和多频率信号追踪三组实验证明了基于逆模型的自适应控制方法实现高精度的运动控制,其中基于单逆模型的自适应控制效果最好。最后,利用计算机微视觉测量系统非接触、高分辨率、多自由度测量等优点,本文将计算机微视觉测量系统,三自由度微位移平台和压电陶瓷驱动器等结合,设计了一种基于压电陶瓷驱动的微纳定位系统。并在已提出的广义迟滞模型和基于单逆模型的自适应控制方法的基础上,设计了三自由度微纳定位系统的半闭环和全闭环控制方法。为更进一步提升系统的定位精度,还设计了带有前馈解耦控制器的全闭环控制方法。通过圆轨迹跟踪实验证明了这两种全闭环控制方法的有效性。
崔玉国[3]2003年在《压电陶瓷自感知执行器及其驱动微动工作台控制方法的研究》文中研究表明压电陶瓷执行器微定位技术具有许多其它微定位技术无可比拟的优点，从而获得了广泛的应用。本文将压电陶瓷执行器用于驱动工作台，为提高压电微动工作台的动静态性能，进行了如下的相关研究。 在系统分析电致伸缩效应、逆压电效应和铁电效应位移机理及对位移贡献的基础上，基于电畴转向与转向不完全立即可逆的观点，深入分析了压电陶瓷执行器迟滞非线性的成因，表明非180°电畴转向与转向的不完全立即可逆，分别是造成压电陶瓷执行器非线性和迟滞的根本原因。通过实验研究了压电陶瓷执行器在不同情况下的迟滞非线性。实验结果表明：随着驱动电压幅值的增大，压电陶瓷执行器的迟滞和非线性增大；随着驱动电压频率的增大，压电陶瓷执行器的迟滞和非线性仅略微增大； 随着驱动循环次数的增加，压电陶瓷执行器的迟滞和非线性逐渐减小。 基于压电陶瓷执行器位移-电压曲线各升程之间、各回程之间的相似性，采用坐标变换的方法，建立了一种新的简单实用的压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型。在模型的实现过程中，为了避免求解病态方程组，采用基函数为正交多项式的最小二乘法来拟合压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型。实验结果表明：在不同的电压驱动过程、不同的驱动电压频率以及不同的驱动循环次数下，模型均能够很好地跟踪实测值。 从基本压电方程出发，推导出压电陶瓷执行器中晶片上的自由电荷中包含执行器的位移信息，进而提出一种新的基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知的方法。该方法使得电路的调节和感知信号的获取变得容易，很好地克服了基于电桥电路的自感知方法的不足。实验结果表明，在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下，基于积分器的自感知压电陶瓷执行器均能够很好地检测出执行器的位移信号。 在准静态或低频情况下，对压电微动工作台进行了动力学分析，得出它为电学上的一阶惯性环节和机械上的二阶振荡环节的串联。进而给出了提高压电微动工作台响应速度的途径，即：一方面，应在不引起压电陶瓷执行器击穿的情况下，尽量减小电源内电阻的阻值；另一方面，应在保证刚度的情况下减小工作台运动部分的质量， 以及在保证最大期望输出位移的情况下增大柔性铰链的刚度。分析了预紧力对压电微动工作台刚度、固有频率以及输出位移的影响。为使压电微动工作台具有良好的动静态性能，应根据实验来确定合理的预紧力。推导出压电微动工作台的迟滞非线性模型同压电陶瓷执行器空载时的迟滞非线性模型具有相同的形式，但其输出位移相对于压电陶瓷执行器空载时的输出位移按一定的比例缩人连理工人学博_!:学位论文中文摘要小。基于钢球冲击法测试了压电微动工作台X向和Y向的固有频率，测试结果表明:压电微动工作台双向的固有频率均高于IkHz。 为有效地减小积分饱和并降低对扰动的敏感性，使压电微动工作台在控制系统的作用下，响应快，超调小，稳态精度高，构造了一种带有迟滞非线性模型前馈补偿的弱积分与加权微分PID控制算法。给出了PID控制器的整定方法及采样周期的确定原则。由于自感知方式具有许多独立传感器测量方式所无可比拟的优点，所以在采用压电陶瓷执行器对工作台进行驱动时，控制系统中反馈方式采用基于积分器的自感知反馈方式。实验结果表明:具有前馈补偿的弱积分与加权微分PID自感知反馈控制，具有良好的控制性能。
陈远晟[4]2013年在《压电驱动器的迟滞非线性建模与控制》文中研究表明迟滞现象是一种输入-输出关系呈多重分支的非线性，且分支的切换发生在输入达到极值的时刻，广泛地存在于压电材料、机械间隙系统、光学、电子束、经济等领域。由于这种现象十分普遍，而且涉及到多个学科，受到了许多研究者的关注。本课题研究了压电驱动器的建模方法，并基于模型设计了控制器。压电陶瓷驱动器是一种高性能的功能器件，具有体积小、响应快、功耗低、位移分辨率高等优点，在智能结构、精密加工、纳米技术、微电子工程、精密光学、生物工程等领域有广泛地应用前景，如压电式微位移机构、扫描探针显微镜的探头定位、天文望远镜定位系统等。然而，压电陶瓷驱动器作为一种铁电材料，本身所固有的非线性迟滞特性是制约驱动精度的瓶颈。这种迟滞非线性不仅削弱闭环控制的反馈作用，而且有可能造成系统的不稳定。随着智能结构、精密加工以及微电子等技术的不断进步，对定位精度的要求也越来越高。本课题设计了一种前馈与反馈复合的控制策略，用于提高压电驱动器的定位精度。前馈控制器在Preisach迟滞模型理论的基础上，采用神经网络描述压电驱动器迟滞非线性的逆过程。与经典的Preisach迟滞模型相比，神经网络模型所需的参数更少，而且参数易于识别。反馈控制器根据传感器测量的位移信号，修正驱动电压，并补偿积累的误差。实验结果显示，这种控制方法能够有效的提高压电驱动系统跟踪控制的精度。双曲函数模型能够用较少的参数描述压电叠堆驱动器的迟滞非线性，但是仅遵循记忆擦除性而不符合次环一致性。根据经典的Preisach模型理论，改进了双曲函数模型用来描述压电双晶片的迟滞过程。逆控制器采用改进的双曲函数模型描述迟滞的逆，与压电双晶片的迟滞过程相互抵消。通过分析压电双晶片与逆控制器构成的伪线性系统的幅频与相频特性，设计前馈控制器减小系统固有频率对定位精度的影响，同时设计了反馈控制器补偿压电双晶片的蠕变效应并进一步提高定位精度。实验结果显示，在单频率变幅值信号的驱动下，最大定位误差由控制前的0.0863mm减小到控制后的0.0095mm;在多频叠加信号的驱动下，最大定位误差由控制前的0.0825mm减小到控制后的0.0536mm。该系统能够有效的提高压电双晶片驱动器的定位精度，可用于宽频域的微定位系统中。经典的Prandtl-Ishlinskii模型是不同阈值的线性Play算子或Stop算子的加权叠加。由于线性Play算子的迟滞环是关于中心对称的，经典Prandtl-Ishlinskii模型也只能描述关于中心对称的迟滞现象，而压电驱动器的迟滞非线性通常是一个非对称的过程。根据经典Prandtl-Ishlinskii迟滞模型的基本迟滞单元，设计了上升算子与下降算子，使改进后的模型能够模拟非对称的迟滞非线性过程。采用这种改进的Prandtl-Ishlinskii模型与逆系统控制理论，设计了用于压电驱动器的精密定位控制器。实验结果显示，采用这种控制器的跟踪定位的应用上是行之有效的。为了提高压电式二维微定位平台的控制精度，本课题基于改进型Prandtl-Ishlinskii模型补偿平台的迟滞与耦合，设计了复合控制系统。在分析x与y方向输入电压与响应位移之间迟滞非线性关系的基础上，前馈控制器通过改进型Prandtl-Ishlinskii模型描述迟滞的逆过程，分别补偿了x与y方向的迟滞。解耦控制器通过改进型Prandtl-Ishlinskii模型估算出耦合位移值，然后修正驱动电压，抵消耦合位移。复合控制系统结合了前馈控制器与解耦控制器的优势，并加入PID反馈控制进一步提高定位精度。实验结果表明，复合控制方法能够补偿非线性的迟滞，减小耦合效应对定位的影响，有效的提高跟踪定位的精度。
杨雪锋[5]2009年在《压电式生物细胞微操作台建模及控制策略研究》文中研究说明随着现代生物医学工程的发展,许多细胞级的操作如细胞分离、捕获、切割及注射等均需通过显微操作装置完成。微操作台作为细胞微夹持器、微注射器及培养皿等微操作设备的承载机构,其位移输出范围、位移分辨率及运动精度是影响细胞操作成功率的重要因素。针对生物细胞显微操作的特点及要求,微操作台需具有毫米级的运动范围和微米甚至亚微米级的定位及重复定位精度。因此,采用结构嵌套方式,将压电陶瓷/压电驱动器作为操作台的驱动部件,结合放大机构和平行导向机构构建了柔性一体化大行程二维微操作台,建立了微操作台的动态迟滞模型并对其控制特性可控制方法进行了实验研究。实验结果表明,设计开发的一体化大行程二维微操作台具有毫米级的运动范围和亚微米级的分辨率,可以满足细胞操作的要求。压电驱动器作为微操作台的驱动部件,其位移分辨率和控制精度是影响微操作台的位移输出特性的重要因素。因此,本文首先从压电驱动器的负载特性出发,分析了容性负载对驱动电源的影响,得出驱动器的等效负载电容可导致驱动系统产生相位滞后甚至振荡,为此设计了由高压放大器组成的桥式驱动电路,并针对压电驱动器这种特殊负载,采用滞后-超前控制器对驱动电源的频率特性进行了校正,使系统获得了良好的静态及动态特性。由于压电驱动器的输出位移不能满足细胞操作的要求,在分析不同柔性铰链位移输出特性和力学特性的基础上,选用直角平板柔性铰链作为机构的传动部分,研究了其几何参数对桥式放大机构和U型导向机构的运动特性及力学特性的影响,然后采用结构嵌套方式,构建了由桥式放大机构和U型导向机构组成的大行程、无耦合二维微操作台,分析了微操作台的位移输出特性及应力集中特性,建立了微操作台的动力学模型,并通过有限元分析和实验验证了理论分析的正确性。在细胞操作过程中,根据操作的需求,微操作台一般做随机运动,因此施加在压电驱动器上的幅值和电压变化率也不相同,但不同电压变化率会导致微操作台的迟滞特性发生变化。目前流行的基于Preisach模型的静态建模方法并不能描述这种动态迟滞特性,因此引入神经网络辨识理论,利用Preisach模型中提出的转折点、上升和下降过程等迟滞多环曲线的形态特征,结合神经网络构造出一种对驱动电压变化率敏感的动态迟滞模型,然后对模型的泛化能力进行了验证。在微操作台的迟滞模型研究的基础上,首先研究了微操作台实际控制特性,然后采用神经网络动态迟滞逆模型、传统PID以及神经网络自适应PID等控制方法对微操作台的在不同控制信号下的输出位移进行了分析,并通过实验比较了不同控制方法对随机位移信号的跟踪特性。本论文有图125幅,表7个,参考文献153篇。
董维杰[6]2003年在《压电自感知执行器理论与应用研究》文中研究表明传感器和执行器的集成是微机电系统、智能材料与智能结构的基本要求，分为结构集成和功能集成两种方式。功能集成的传感器和执行器被称为自感知执行器(self-sensing actuator)，其换能元件既作执行器又作传感器．自感知执行器使系统体积和重量减小、节省空间、实现同位控制、提高控制的稳定性。 本文所做工作包括自感知执行器的理论研究和应用研究两方面。在应用研究方面，以单一均质压电材料制成的自感知执行器为研究对象。 基于双向换能器理论，利用机电双向换能器的传输矩阵，建立了自感知执行器数学模型。该数学模型不仅可以描述压电自感知执行器和磁致伸缩自感知执行器的机电变换规律，而且为已有基于电桥电路和基于观测器等自感知执行器实现方法找到理论根据；根据自感知执行器传输矩阵，预测了空分复用和时分复用解耦方法，为进一步完善、拓展自感知执行器研究打下基础。 自感知执行器首先是执行器，然后是传感器。压电执行器的输出特性与机械和电学边界条件关系密切。本文深入研究总结了边界条件与压电方程、压电迟滞特性的关系，推导了中间电极厚度不可忽略的压电双晶片的输出力／位移与驱动电压的关系，得出了双晶片自由位移与应变的关系、力与应力的关系式，为任意边界条件下压电双晶片自感知执行器的设计和状态计算提供了理论依据。 在理论研究基础上，研究了基于电桥电路和基于观测器的两种解耦方法及应用。自感知执行器实现方法不同，应用领域也有所不同。 基于电桥电路的压电自感知执行器采用常规的电压驱动，通过电桥电路提取出与速度成比例的电流，适用于振动控制一类的动态应用。面向结合悬臂梁的振动主动控制，本文设计了仪用放大器、低通滤波器和以高压运算放大器3583为核心的控制器，针对电桥电路略有不平衡情况，引入了相位滞后校正环节。实验结果表明，基于电桥电路的自感知执行器不仅能作为速度检测器，而且对悬臂梁的振动控制效果明显。 基于观测器的压电自感知执行器在作执行器的同时还能检测位移和力两个变量，实现的关键是要同时已知压电电压和电荷两个电学量，根据压电方程设计应变和应力观测器。本文以设计自感知压电夹钳为应用目标，研究了压电驱动方法、迟滞补偿和观测器设计等问题。鉴于压电电压与位移之间存在迟滞，设计观测器时需要作迟滞补偿，本文采用MaxwCu迟滞模型，对其模型表述作了修改，以便可以用递归最小二乘法拟合模型参数、降低模型误差．通过对比电压驱动和电荷驱动的优缺点，根据目标要求，研制了在电压驱动的同时能获得电荷的程控复合驱动电路。该复合电路不仅可以用于电压驱动，而且可以进行电荷控制，不仅支持动态驱动，而且支持静态驱动。该复合电路为观测器解耦法搭建了硬件平台，其输出的驱动电压和电荷是观测器的输入． 根据压电方程为双晶片夹钳设计了观测器，观测器的输出是应变和应力，根据位移与应变的关系、力与应力的关系式，可换算成位移和力。用涡流位移传感器和砝码做校验，结果表明，夹钳能够很好地感知自由位移或感知夹持力;在夹钳夹持物体的过程中，夹钳能够同时感知位移和力两个物理量，感知结果接近实际测量值。但是由于夹持过程中压电边界条件变化，所以需要切换不同的观测器。 展望下一步研究工作，在自感知执行方法研究方面，除了继续深入研究观测器方法外，还应该探索空分复用和时分复用等可能解祸方法;在自感知执行器研究对象方面，除了块体陶瓷之外，还可以研究石英和压电薄膜自感知执行器;在自感知执行器应用领域研究方面，要加大研究在微机电系统方面的应用研究。
庄乾霞[7]2004年在《压电自感知执行器的研究与开发》文中研究表明课题来源于国家自然科学基金项目(69774020)—《微型压电执行器的集成原理与控制系统的研究》，本课题重点研究压电传感器与执行器的集成原理及实现方法。 一般测试系统中，传感器和执行器是不可缺少的元件，传感器和执行器为相互独立的元件，行使各自的功能，鉴于智能材料的不断发展，利用智能材料的双向可逆特性，将传感器与执行器集成于同一元件上，以达到系统优化的目的。 压电陶瓷具有智能性，本课题应用压电陶瓷材料，采用双晶片悬臂梁结构，其单个结构同时用作传感器和执行器，我们称其为自感知执行器。课题的研究目的是：使双晶片悬臂梁结构既是微位移和微力传感器，又是微位移和微力的执行器。基于观测器的自感知执行器的理论方法，作者的研究着重于：首先，建立双晶片悬臂梁结构的输入输出模型，通过建立数学模型，确定观测器自感知执行器的实现方法；其二，压电陶瓷执行器具有迟滞非线性，应对其进行补偿，减小其在自感知过程中产生的误差，作者研究了多种迟滞模型。重点研究了变比模型和PIOP模型，最后采用PIOP模型，达到了较好的补偿效果；其三：是自感知执行器的试验研究，由于压电陶瓷自身存在漏电现象，采用积分电路提取电荷时，漏电电荷也被包含其中，给试验带来了较大误差，作者通过试验，得出漏电规律，并在试验中加以补偿，改善了漏电误差；最后，进行了自感知位移和夹持力的试验，验证了观测器自感知执行器方法的正确性。
张礼华[8]2015年在《压电纤维微驱动器的基础研究及其应用》文中进行了进一步梳理本课题是关于压电纤维微驱动器的基础研究及其应用,针对目前压电纤维微驱动器存在的体积较大、精度低和缺乏适合于产业化的成套制造技术等问题,笔者首先对掺杂铕的(K0.5Na0.5)1-3xEuxNbO3陶瓷(KNN)做了简单剖析；随后研究了1%铕掺杂的KNN (KNN1Eu)无铅压电纤维和1-3型压电纤维复合材料的制备技术和工艺,并对其做了简要分析；在总结分析压电纤维复合材料自身特点和制作工艺基础上,对正交异性压电纤维复合材料(Orthotropic Piezoelectric Fiber Composites, OPFC)传感/驱动元件展开相关研究；随后根据前面的研究工作设计了最终的六自由度微并联机构平台,并对六自由度微并联平台的控制系统进行了研究。本课题的研究对发展我国运动平台驱动技术和工程结构损伤监测技术,提升我国智能材料及其器件的水平,都具有重要的经济和社会价值。本论文作者的具体研究工作和取得的成果如下：(1)介绍了采用传统固相反应法制备铕掺杂的KNN陶瓷,研究了该体系的微观结构、形貌与介电、铁电性能之间的关系。通过实验分析得出：①随着铕元素掺杂量的逐渐增加,X-射线衍射峰出现宽化、压平等现象,晶粒随着铕的增加逐步细化。②铕掺杂达到3%时,在高温区域很宽的范围内,介电常数具有良好的温度稳定性,稀土元素铕的掺杂能有效提高材料的压电性能。③采用塑性聚合物的方法制备了KNN1Eu无铅压电纤维,并采用改进的排列-浇注法制备了1-3型压电纤维复合材料。利用均匀场和细观力学理论,建立了等效力电模型,依靠压电相和聚合物相两相间的本构关系,推导了特征体元的等效力电参数。铕掺杂的无铅KNN压电陶瓷的出现,一方面有效的提高了材料的压电性能,另一方面将无铅压电陶瓷应用于压电纤维微驱动器。1-3型微纳米压电纤维复合材料具有良好的正交异性传感／驱动性能,可以看出这一正交异性特性在结构损伤AE检测和微驱动器中应用前景非常广阔。(2)在总结分析压电纤维复合材料(Piezoelectric Fiber Composites, PFC)自身特点和制作工艺基础上,做了如下工作：①建立了OPFC传感／驱动元件的理论模型。②制作了不同尺寸的OPFC传感／驱动元件,从其制作工艺、驱动性能测试装置构建和驱动性能实验等方面进行了详细介绍,并就其正交异性、灵敏度等驱动性能进行仿真与实验测试,提出了相应改进措施。③利用COMSOL有限元仿真软件建立了OPFC传感／驱动元件模型,并进行有限元分析,从压电纤维复合材料几何尺寸、组分材料压电相与聚合物相的材料特性、两相材料各个参量等对OPFC传感／驱动元件的影响进行分析,同时探索出一条设计、开发、研制此类传感元件的较成熟技术,为设计OPFC传感／驱动元件、选择压电相和聚合物相材料提供理论指导,为工程结构检测和微驱动器平台提供优质功能元件。(3)提出将一种无铅压电陶瓷新材料制备成的OPFC压电纤维作为微驱动源并应用于六自由度微并联运动平台的研发,精度可达纳米量级,具有正交异性好、行程小,便于控制等特点；完成了六自由度微并联机构平台的三维实体建模设计,然后利用软件对微并联平台的速度、加速度、铰链转角变化等进行运动学仿真分析,得到驱动关节在平台运行时的运动学特性曲线以及其各驱动关节的受力情况,为后面的控制系统提供了重要理论依据；将压电纤维微驱动器应用到微并联平台上,将实际运动副用弹性铰链代替,通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,消除了机械摩擦和间隙摩擦,提高了机构的精密性。(4)针对微平台,提出了微平台控制系统的总体构成方案,并进行了具体的控制系统硬件设计,结合工程常用的PID控制,运用自适应定律调整PID 3个关键控制参数,设计了基于DFNN前馈控制器与PID相结合用压电控制的闭环控制器的微动实验平台。实验结果表明,该控制器极大提高了微动平台的静动态性能,改善了位置控制的精确性。由实验可知：压电微动平台输出位移达到10μm,耗时0.05 s；位移超调量小,稳态误差为0,该控制器对微动平台的静动态性能有极大提高；当输入正弦信号时,跟踪误差的最大值是0.21μm,大大改善了位置控制的精确性。
姜刚[9]2014年在《压电陶瓷非线性迟滞模型研究》文中研究表明随着科学技术的发展，微纳米精密定位系统成为研究热点，定位精度对于微纳米定位系统是一个很重要的指标，而定位系统中驱动器件的性能对定位精度有很大影响。在众多驱动器件中压电陶瓷驱动器具有体积小、承载力大、分辨率高、无噪声、不发热等优点，被广泛应用于微定位系统。但是压电陶瓷还具有迟滞非线性现象，在开环条件下给系统的控制带来了困难。本文针对压电陶瓷的迟滞非线性问题，结合国家自然科学基金项目“压电陶瓷高速动态精密定位驱动机理与控制方法研究”,采取建立迟滞模型并进行有效控制的方法来减小迟滞非线性的影响。首先基于Prandtl-Ishlinskii迟滞算子建立了压电陶瓷的PI迟滞模型，该迟滞模型可以精确地描述迟滞非线性现象。在此基础上利用初始负载函数对PI迟滞模型进行分析推导，求得了压电陶瓷PI迟滞逆模型，为进一步对压电陶瓷驱动器进行自适应逆控制提供了模型基础。基于所建立的压电陶瓷PI迟滞模型及其逆模型，应用LMS滤波器设计了自适应逆控制算法，能有效实现对压电陶瓷驱动器迟滞模型中权系数的自适应调整。搭建微定位实验系统，对建立的PI迟滞模型进行了实验研究。实验结果表明，利用自适应逆控制算法，可以使系统的输出线性误差得到明显改善。结合压电陶瓷迟滞曲线的特点和微观极化理论基础，建立了线性变换迟滞数学模型，并通过对迟滞曲线剪灭特性的分析，得到了改进的线性变换压电陶瓷迟滞数学模型，最后用所建立数学模型预测的迟滞曲线和实测值进行对比，验证了所建立模型的准确性。
参考文献：
[1]. 基于变比模型的压电驱动微位移工作台控制方法研究[D]. 贾宏光. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2000
[2]. 微位移平台压电陶瓷驱动系统非线性建模与控制方法研究[D]. 甘金强. 华南理工大学. 2017
[3]. 压电陶瓷自感知执行器及其驱动微动工作台控制方法的研究[D]. 崔玉国. 大连理工大学. 2003
[4]. 压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D]. 陈远晟. 南京航空航天大学. 2013
[5]. 压电式生物细胞微操作台建模及控制策略研究[D]. 杨雪锋. 中国矿业大学. 2009
[6]. 压电自感知执行器理论与应用研究[D]. 董维杰. 大连理工大学. 2003
[7]. 压电自感知执行器的研究与开发[D]. 庄乾霞. 大连理工大学. 2004
[8]. 压电纤维微驱动器的基础研究及其应用[D]. 张礼华. 江苏大学. 2015
[9]. 压电陶瓷非线性迟滞模型研究[D]. 姜刚. 苏州大学. 2014
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