壓電式微操作平臺(tái)的遲滯建模與控制研究.pdf

1、壓電式微操作平臺(tái)廣泛應(yīng)用于集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)、微機(jī)械制造、光學(xué)處理等前沿領(lǐng)域，要求其具有精度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等性能。由于壓電驅(qū)動(dòng)器的遲滯現(xiàn)象會(huì)使微操作平臺(tái)出現(xiàn)非線性問(wèn)題，嚴(yán)重影響了其運(yùn)動(dòng)精度和動(dòng)態(tài)性能，遲滯模型的建立與控制策略研究是微操作平臺(tái)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以一維微操作平臺(tái)為對(duì)象，分別從復(fù)合控制、單神經(jīng)元PID控制、模糊控制三種控制策略進(jìn)行運(yùn)動(dòng)跟蹤控制研究，主要內(nèi)容如下：
　　建立了壓電驅(qū)動(dòng)器的遲滯模型。為了提高壓

2、電驅(qū)動(dòng)器的控制精度，提出一種基于Preisach模型與支持向量機(jī)的聯(lián)合建模方法描述其遲滯非線性特性。采用支持向量機(jī)理論建立壓電驅(qū)動(dòng)器遲滯環(huán)的回歸模型，結(jié)合Preisach模型可對(duì)任意電壓系列的輸出位移進(jìn)行預(yù)測(cè)。采用基于交叉驗(yàn)證的柵格化搜索方法對(duì)回歸模型的擬合精度有較大影響的懲罰參數(shù) c和核函數(shù)參數(shù) g進(jìn)行尋優(yōu)。為了說(shuō)明所建立的模型能精確反映壓電驅(qū)動(dòng)器的遲滯現(xiàn)象，以壓電驅(qū)動(dòng)器為對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，驅(qū)動(dòng)器輸出位移實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的相對(duì)誤

3、差范圍為0.6%-2.1%，表明所提出的遲滯建模方法是可行和有效的。
　　設(shè)計(jì)了復(fù)合控制算法來(lái)提高微操作平臺(tái)的定位精度。為了解決微操作平臺(tái)的遲滯非線性問(wèn)題，提出一種離散Preisach逆模型與PID相結(jié)合的復(fù)合控制算法。利用Preisach模型與支持向量機(jī)的聯(lián)合建模方法建立平臺(tái)遲滯模型，基于該模型采用迭代搜索方法得到離散Preisach逆模型，根據(jù)該逆模型對(duì)平臺(tái)進(jìn)行前饋遲滯補(bǔ)償。反饋調(diào)節(jié)采用 PID控制，以修正由Preisach逆

4、模型與外部環(huán)境引起的干擾所造成的偏差，為了整定PID的參數(shù)，采用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)方法獲得微操作平臺(tái)的傳遞函數(shù)。為了說(shuō)明所提出的控制方法的可行性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的控制方法具有較高的控制精度和響應(yīng)快速性。
　　采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單神經(jīng)元PID控制策略對(duì)微操作平臺(tái)進(jìn)行其運(yùn)動(dòng)跟蹤控制。復(fù)合控制雖然具有精度高快速性好的優(yōu)點(diǎn)，但遲滯建模復(fù)雜，且模型不具有適應(yīng)性，為此提出單神經(jīng)元PID控制策略。利用微操作平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型確定單神

5、經(jīng)元PID控制連接權(quán)值的初始值。采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)微操作平臺(tái)的梯度信息進(jìn)行在線辨識(shí)，獲得PID連接權(quán)值在線調(diào)整信息。采用單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法完成PID參數(shù)的在線自整定，實(shí)現(xiàn)微操作平臺(tái)自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)跟蹤控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單神經(jīng)元PID的位移誤差范圍分別為[-0.5~0.5]μm，調(diào)整時(shí)間分別為0.1 s，說(shuō)明所提出的控制方法具有較好的控制精度和響應(yīng)快速性，并具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。
　　提出了基于模糊控制的

6、微操作平臺(tái)位置精度補(bǔ)償方法。針對(duì)壓電式微操作平臺(tái)的動(dòng)態(tài)遲滯特性，提出一種基于模糊控制策略的位置精度補(bǔ)償方法，以擺脫對(duì)遲滯模型的依賴。以一種一維壓電式微操作平臺(tái)為對(duì)象，以平臺(tái)的位置偏差與偏差變化率為模糊輸入，壓電驅(qū)動(dòng)器輸入電壓變化量為模糊輸出，提出一種基于PID控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取經(jīng)驗(yàn)制定模糊規(guī)則的方法。為了說(shuō)明所提出的位置精度補(bǔ)償方法的可行性，分析平臺(tái)分別跟蹤不同頻率正弦信號(hào)的位置誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的模糊控制方法在跟蹤10Hz信號(hào)