【摘要】：近年來(lái)納米科學(xué)、納米技術(shù)蓬勃發(fā)展,微納米精密定位系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn),定位精度對(duì)于微納米定位系統(tǒng)是一個(gè)很重要的指標(biāo),而定位系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)器件的性能對(duì)定位精度有很大影響。在眾多驅(qū)動(dòng)器件中壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有體積小、承載力大、分辨率高、無(wú)噪聲、不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于微定位系統(tǒng)。但是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的電壓位移輸出特性有著復(fù)雜的非線性關(guān)系,在開(kāi)環(huán)條件下給精確定位帶來(lái)了困難。基于此,本文以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器為研究對(duì)象,在研究其遲滯非線性特性的基礎(chǔ)上,通過(guò)基本算子加權(quán)疊加來(lái)達(dá)到擬合遲滯曲線的目的的基礎(chǔ)上,建立了多段改進(jìn)動(dòng)態(tài)PI模型,并通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合程度;以設(shè)計(jì)模型的逆模型為前饋控制器對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行遲滯補(bǔ)償,并通過(guò)仿真對(duì)不同頻率下的正弦信號(hào)跟蹤效果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了前饋控制器的精度控制效果。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)了一種多段PI模型。該模型以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器遲滯曲線速度變化規(guī)律為基礎(chǔ),對(duì)基本算子的閾值進(jìn)行分段辨識(shí)進(jìn)而建立一種改進(jìn)的PI模型,并通過(guò)MATLAB仿真對(duì)比傳統(tǒng)PI模型,驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。(2)設(shè)計(jì)了一種與輸入頻率和輸入頻率導(dǎo)數(shù)有關(guān)的新型算子(OSP算子)。針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有隨著輸入頻率增加,遲滯環(huán)變“寬”的特性,用OSP算子替代多段PI模型中的基本算子,使得新模型能夠更精確擬合輸入頻率變化下的新的遲滯曲線,通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。(3)設(shè)計(jì)了一種前饋控制器補(bǔ)償壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯性。以設(shè)計(jì)的多段改進(jìn)動(dòng)態(tài)PI逆模型為基礎(chǔ),通過(guò)前饋控制使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器輸出理想位移,并對(duì)不同頻率下的正弦信號(hào)跟蹤效果做了仿真分析驗(yàn)證控制器的有效性。本論文針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了一種多段改進(jìn)動(dòng)態(tài)PI模型并以其逆模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相應(yīng)前饋控制器,通過(guò)仿真驗(yàn)證了模型的有效性和控制器的精準(zhǔn)度。
【圖文】：

逡逑圖２．４單電壓輸入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逡逑通過(guò)控制器與工作臺(tái)連接，，研宄壓電陶瓷相關(guān)特性。本次實(shí)驗(yàn)是開(kāi)環(huán)控制，逡逑即雖然使用了控制器，但是是整個(gè)系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)狀態(tài)，控制器只起到輸入單點(diǎn)電壓逡逑以及電路放大的作用，同時(shí)通過(guò)控制器中的電阻應(yīng)變片測(cè)量壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的位逡逑移量，電阻應(yīng)變片精度為±０．１％ＦＳ，激光位移傳感器作為輔助工具對(duì)所測(cè)得的位逡逑１５逡逑

１邋時(shí)間ｔ邋（Ｓ）邋７邐輸入電壓Ｕ（Ｖ）邋Ｕｎ逡逑（ａ）輸入電壓曲線邐（ｂ）壓電陶瓷輸出曲線逡逑圖２．３壓電陶瓷主遲滯環(huán)與小遲滯環(huán)的形成逡逑現(xiàn)實(shí)生活中還有很多數(shù)學(xué)模型可用于說(shuō)明遲滯現(xiàn)象。如Ｐｒｅｉｓａｃｈ算子就是其逡逑中最為常見(jiàn)的一種。但是由于模型對(duì)其在辨識(shí)階段的誤差變化、輸入輸出數(shù)據(jù)特逡逑別敏感，所以在具體應(yīng)用時(shí)存在諸多因素，不利于收斂計(jì)算結(jié)果，而最終影響模逡逑型的正確性；另外就現(xiàn)有控制方法來(lái)看，大多需要基于遲滯數(shù)學(xué)模型獲取逆模型，逡逑但是獲取遲滯逆變模型的過(guò)程十分復(fù)雜，甚至有可能不存在逆變模型。逡逑從遲滯數(shù)學(xué)模型的角度來(lái)說(shuō)，只有符合如下要求的模型才可稱得上理想的模逡逑型：首先是數(shù)學(xué)描述應(yīng)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便，僅涉及到少部分模型參數(shù)，且易于獲得；其逡逑次具有一定魯棒性，即系統(tǒng)在一定參數(shù)擾動(dòng)或未知誤差下仍能保持其特性；最后逡逑要易于獲得遲滯逆變模型，能夠準(zhǔn)確的擬合遲滯非線性。逡逑２．３壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)逡逑２．３．１實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建邐邐逡逑邐壓電陶瓷集成式控制器
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TM282

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626033