基于壓電陶瓷遲滯非線性建模及控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著科技的深入發(fā)展和人類研究領(lǐng)域的不斷探索，操作對象已從宏觀領(lǐng)域深入到微觀領(lǐng)域。在超精密加工，精密測量等高精度操作中，需要達(dá)到納米級的精度，而且對系統(tǒng)動態(tài)性能的要求也越來越高。
　　 壓電陶瓷微位移器具有體積小、輸出力大、位移分辨率高、頻響高、無噪聲、不發(fā)熱等特點(diǎn)，因此成為一種理想的微納米驅(qū)動元件。但是，電壓驅(qū)動的壓電陶瓷存在遲滯等引起的非線性，給壓電陶瓷的實(shí)際應(yīng)用帶來了困難。針對上述問題，本文采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，從

2、壓電陶瓷的微觀極化出發(fā)，建立壓電陶瓷的遲滯數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上對壓電陶瓷的遲滯非線性控制進(jìn)行深入研究。
　　 通過從微觀角度對壓電陶瓷的極化機(jī)理分析，并應(yīng)用電疇轉(zhuǎn)向理論以及熱力學(xué)理論解釋遲滯現(xiàn)象。根據(jù)壓電陶瓷的遲滯特性，建立壓電陶瓷靜態(tài)遲滯數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型可以精確描述壓電陶瓷的靜態(tài)遲滯特性，為壓電陶瓷靜態(tài)遲滯控制方法的研究提供模型，為研究壓電陶瓷動態(tài)系統(tǒng)伺服控制打下基礎(chǔ)。
　　 針對壓電陶瓷靜態(tài)遲滯特性，詳細(xì)論述了

3、壓電陶瓷驅(qū)動器靜態(tài)遲滯模型參數(shù)的辨識方法，并設(shè)計(jì)壓電陶瓷逆控制系統(tǒng)。針對逆控制方法對模型精度依賴性強(qiáng)的問題，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制精度，在逆控制的基礎(chǔ)上引入前饋PID控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制方法具有較好的跟蹤精度，遲滯減少至0.5％以內(nèi)。
　　 針對壓電陶瓷驅(qū)動器的動態(tài)遲滯特性，基于壓電陶瓷機(jī)電耦合原理，結(jié)合實(shí)際遲滯曲線分析，進(jìn)行推導(dǎo)得到了壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型。該壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型包含線性部分和非線性部分，首先根據(jù)壓電陶瓷驅(qū)

4、動器的頻域特性實(shí)驗(yàn)，對壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型的線性部分進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步給出了不確定參數(shù)的變化范圍，最終確定壓電陶瓷驅(qū)動器的動態(tài)遲滯模型。
　　 基于壓電陶瓷驅(qū)動器的動態(tài)遲滯模型，提出基于LMI的Smith預(yù)估控制方法，該控制方法不僅體現(xiàn)了Smith預(yù)估器的優(yōu)點(diǎn)，而且還能減小系統(tǒng)的不確定性對閉環(huán)控制系統(tǒng)的影響，便于物理實(shí)現(xiàn)。采用該方法對壓電陶瓷的動態(tài)遲滯非線性進(jìn)行控制補(bǔ)償，控制效果較好。
　　 理論研