快速傾斜鏡壓電陶瓷致動器遲滯特性建模及控制研究.pdf

1、快速傾斜鏡是星間激光通信系統(tǒng)中重要組成部件，是星間激光通信實現捕獲、瞄準和跟蹤的保障。壓電陶瓷致動器具有輸出力大、定位精度高、體積小、剛度大、響應速度快以及不發(fā)熱等優(yōu)點，是驅動快速傾斜鏡的理想裝置。但是由于壓電陶瓷致動器存在著遲滯和蠕變非線性現象，對快速傾斜鏡的定位性能造成影響，其中遲滯特性影響最為嚴重，因此如何解決遲滯非線性的問題是當前研究的熱門話題之一。為減小遲滯非線性對壓電陶瓷致動器定位性能的影響，更好的發(fā)揮其性能，本文對壓電陶瓷

2、致動器的遲滯特性進行深入研究，揭示其遲滯的成因，建立遲滯特性的數學模型，研究壓電陶瓷致動器控制算法以降低遲滯非線性的對系統(tǒng)的影響，同時通過實驗驗證模型和算法的有效性。
　　首先，通過分析壓電陶瓷致動器的遲滯特性提出并研究了能夠描述遲滯非線性的改進Prandtl-Ishlinskii（PI）數學模型，并通過最小二乘法來辨識模型中的參數的解析解。建立壓電陶瓷致動器實驗系統(tǒng)對模型進行實驗驗證，實驗結果表明，改進PI數學模型及最小二乘法參

3、數辨識能夠有效的描述壓電陶瓷致動器遲滯特性，誤差在1％以內，并且改進PI數學模型算法在時間復雜度上要遠優(yōu)于傳統(tǒng)PI數學模型，有效的提高控制系統(tǒng)帶寬并且在實際工程中易實現。
　　其次，提出了基于壓電陶瓷致動器的改進Prandtl-Ishlinskii（PI）數學模型前饋線性化控制方法，即通過改進PI數學模型得到描述遲滯特性的逆模型，并通過逆模型前饋將期望信號轉化為壓電陶瓷致動器的控制信號，以實現對遲滯的前饋逆補償獲得近線性系統(tǒng)，并通

4、過實驗對模型輸出與實物系統(tǒng)輸出對前饋線性化方法進行驗證。實驗結果表明，通過前饋線性化模型線性誤差為0.9%，其線性度滿足對壓電陶瓷精確控制的需求。
　　最后，為了提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，能夠精確的、快速的控制快速傾斜鏡，設計了改進Prandtl-Ishlinskii（PI）模型前饋線性化與魯棒控制的復合控制方法，通過仿真和在線實驗對比不同頻率下復合控制和反饋控制的跟蹤性能。實驗結果表明該復合控制方法能夠顯著地提高定位控制精度，并且具有