【摘要】：壓電式微操作平臺廣泛應用于集成電路制造、醫(yī)療科學、微機械制造、光學處理等前沿領域,要求其具有精度高、響應快、穩(wěn)定性好等性能。由于壓電驅動器的遲滯現(xiàn)象會使微操作平臺出現(xiàn)非線性問題,嚴重影響了其運動精度和動態(tài)性能,遲滯模型的建立與控制策略研究是微操作平臺亟待解決的關鍵問題。本文以一維微操作平臺為對象,分別從復合控制、單神經元PID控制、模糊控制三種控制策略進行運動跟蹤控制研究,主要內容如下:建立了壓電驅動器的遲滯模型。為了提高壓電驅動器的控制精度,提出一種基于Preisach模型與支持向量機的聯(lián)合建模方法描述其遲滯非線性特性。采用支持向量機理論建立壓電驅動器遲滯環(huán)的回歸模型,結合Preisach模型可對任意電壓系列的輸出位移進行預測。采用基于交叉驗證的柵格化搜索方法對回歸模型的擬合精度有較大影響的懲罰參數c和核函數參數g進行尋優(yōu)。為了說明所建立的模型能精確反映壓電驅動器的遲滯現(xiàn)象,以壓電驅動器為對象進行實驗驗證分析,驅動器輸出位移實測值與預測值之間的相對誤差范圍為0.6%-2.1%,表明所提出的遲滯建模方法是可行和有效的。設計了復合控制算法來提高微操作平臺的定位精度。為了解決微操作平臺的遲滯非線性問題,提出一種離散Preisach逆模型與PID相結合的復合控制算法。利用Preisach模型與支持向量機的聯(lián)合建模方法建立平臺遲滯模型,基于該模型采用迭代搜索方法得到離散Preisach逆模型,根據該逆模型對平臺進行前饋遲滯補償。反饋調節(jié)采用PID控制,以修正由Preisach逆模型與外部環(huán)境引起的干擾所造成的偏差,為了整定PID的參數,采用實驗模態(tài)方法獲得微操作平臺的傳遞函數。為了說明所提出的控制方法的可行性,進行實驗驗證,實驗結果表明所提出的控制方法具有較高的控制精度和響應快速性。采用基于RBF神經網絡的單神經元PID控制策略對微操作平臺進行其運動跟蹤控制。復合控制雖然具有精度高快速性好的優(yōu)點,但遲滯建模復雜,且模型不具有適應性,為此提出單神經元PID控制策略。利用微操作平臺的動力學模型確定單神經元PID控制連接權值的初始值。采用RBF神經網絡辨識器實現(xiàn)對微操作平臺的梯度信息進行在線辨識,獲得PID連接權值在線調整信息。采用單神經元網絡學習算法完成PID參數的在線自整定,實現(xiàn)微操作平臺自適應運動跟蹤控制。實驗結果表明,基于RBF神經網絡的單神經元PID的位移誤差范圍分別為[-0.5~0.5]μm,調整時間分別為0.1 s,說明所提出的控制方法具有較好的控制精度和響應快速性,并具有較強的自適應性。提出了基于模糊控制的微操作平臺位置精度補償方法。針對壓電式微操作平臺的動態(tài)遲滯特性,提出一種基于模糊控制策略的位置精度補償方法,以擺脫對遲滯模型的依賴。以一種一維壓電式微操作平臺為對象,以平臺的位置偏差與偏差變化率為模糊輸入,壓電驅動器輸入電壓變化量為模糊輸出,提出一種基于PID控制的實驗數據獲取經驗制定模糊規(guī)則的方法。為了說明所提出的位置精度補償方法的可行性,分析平臺分別跟蹤不同頻率正弦信號的位置誤差,實驗結果表明,所提出的模糊控制方法在跟蹤10Hz信號時具有更高的位置跟蹤精度和更快的跟蹤速度,并具有較好的自適應性。
【圖文】：

PID 算法是一種較為成熟的控制算法，憑借表達式簡單、適應性好、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，，已被廣泛應用于工業(yè)控制中，有些科研人員將PID 用于微操作平臺的運動控制中。圖1.1 微操作平臺胡俊峰、郝亞洲等[37]利用 PID 控制一種新型微操作平臺運動，平臺原理圖如圖 1.1 所示。建立平臺的傳遞函數，分別對平臺進行開環(huán)與閉環(huán)控制，其頻率響應圖表明，在閉環(huán)PID 控制下，平臺的穩(wěn)態(tài)性能得到了提升，響應時間減少了。分別對平臺進行有無控制器的階躍響應實驗，其實驗結果顯示，調節(jié)時間分別為 0.96ms 與 1.9ms，超調量分別為 10.52%與 47.63%。蔡成波、崔玉國等[38]為了提高微動平臺定位過程中的動態(tài)特性，采用改進 PID算法進行控制，修改積分環(huán)節(jié)改為梯形積分，微分環(huán)節(jié)采用分離法進行計算，微動平臺如圖 1.2 所示。實驗表明

第一章 緒論5圖1.2 壓電微動平臺位移測試設備(2)自適應控制自適應控制器是一種能夠隨著系統(tǒng)狀態(tài)的改變而自動修改控制器的參數的控制方法，自適應控制器無需知道控制對象的數學模型，可以通過在線辨識的方法獲取控制對象的相關信息，具有自適應能力。圖1.3 壓電微動平臺寧波大學的方凡[39建立了微動平臺的CARMAX 模型，基于該模型設計了壓電微動平臺的自適應控制器，平臺如圖1.3 所示，對平臺施加階躍電壓信號，其結果顯示，采用CARMAX模型控制與采用 PID 控制平臺的響應時間分別為 0.23s 與0.3s。對平臺進行三角波電壓信號跟蹤，結果顯示，在自適應控制與PID 控制下
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH703

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2690887