【摘要】：壓電陶瓷致動(dòng)的微納米定位操作平臺(tái)簡(jiǎn)稱壓電微定位平臺(tái),具有響應(yīng)速度快,位移分辨率高,可重復(fù)操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在微觀的測(cè)量與操作,精密的定位控制場(chǎng)合被廣泛應(yīng)用,成為推動(dòng)尖端科技實(shí)現(xiàn)的技術(shù)攻堅(jiān)。由于本身結(jié)構(gòu)及材料特性,壓電微定位平臺(tái)的輸入電壓與輸出位移間呈現(xiàn)嚴(yán)重的遲滯非線性,該特性會(huì)降低其在應(yīng)用中的操作或定位精度,成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要原因之一。因此,本文就建立高精度的遲滯非線性模型,設(shè)計(jì)有效的控制方案以補(bǔ)償和消除遲滯非線性的影響等方面進(jìn)行了探索與研究。首先對(duì)壓電微定位平臺(tái)執(zhí)行器的種類和位移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,對(duì)已有的遲滯非線性模型及遲滯非線性補(bǔ)償控制策略進(jìn)行了總結(jié)與研究。給出了在線Krasnosel'skii-Pokrovkii(KP)遲滯模型的離散表達(dá)形式,模型的權(quán)值參數(shù)通過(guò)自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識(shí)得到,此外,對(duì)傳統(tǒng)的KP算子進(jìn)行了改進(jìn),使其包含了可以描述蠕變特性的函數(shù),以提高KP遲滯模型的建模精度。最后以一種壓電陶瓷二維微定位平臺(tái)為被控對(duì)象,在快速控制原型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)KP遲滯模型在線描述壓電微定位平臺(tái)遲滯非線性的精度進(jìn)行了驗(yàn)證與分析�；贙P遲滯模型可以實(shí)時(shí)的在線描述遲滯非線性的特性,設(shè)計(jì)了迭代學(xué)習(xí)前饋控制器對(duì)壓電微定位平臺(tái)的遲滯非線性進(jìn)行補(bǔ)償。其特點(diǎn)在于迭代更新控制律是以KP遲滯模型的輸出為依據(jù),且由于遲滯環(huán)的上升和下降階段表現(xiàn)出非對(duì)稱性,所以采用不同的迭代更新律求取實(shí)際的加載電壓。為了提高定位系統(tǒng)的控制性能,設(shè)計(jì)了基于迭代學(xué)習(xí)前饋控制的整數(shù)階PID復(fù)合控制器。在正弦波,三角波,階梯波三種典型的參考位移下,對(duì)提出的前饋補(bǔ)償及整數(shù)階PID復(fù)合控制的性能進(jìn)行了位移追蹤實(shí)驗(yàn)的對(duì)比與分析,結(jié)果表明,遲滯非線性可以通過(guò)迭代學(xué)習(xí)前饋控制得到有效的補(bǔ)償,且基于迭代學(xué)習(xí)前饋補(bǔ)償?shù)恼麛?shù)階PID復(fù)合控制器可以進(jìn)一步提高位移追蹤精度�？紤]到遲滯非線性具有非局部記憶特性,其輸出不僅與當(dāng)前時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān),也與歷史的輸入電壓和輸出位移有關(guān)系,而分?jǐn)?shù)階微積分算子本身具有記憶特性和遺傳特性,具有可以記錄函數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)的全部信息的優(yōu)點(diǎn),這與遲滯非線性特性極為相似。鑒于此,設(shè)計(jì)了一種基于迭代學(xué)習(xí)前饋補(bǔ)償?shù)姆謹(jǐn)?shù)階PID復(fù)合控制方案。在上述三種典型參考位移信號(hào)下,進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明,相對(duì)于整數(shù)階PID復(fù)合控制而言,分?jǐn)?shù)階PID復(fù)合控制具有較快的調(diào)整速度和較小的位移誤差,可以進(jìn)一步消除遲滯非線性的影響。針對(duì)分?jǐn)?shù)階PID復(fù)合控制方法待調(diào)參數(shù)多的缺點(diǎn),本文提出了一種分?jǐn)?shù)階自適應(yīng)控制方案來(lái)消除遲滯非線性對(duì)定位精度的影響,其控制律利用了KP遲滯模型的當(dāng)前輸出及前兩時(shí)刻的位移輸出,控制過(guò)程中涉及的系統(tǒng)參數(shù)可通過(guò)在線辨識(shí)獲得。在不同形式及不同頻率參考位移下對(duì)此控制方案進(jìn)行驗(yàn)證與分析,結(jié)果表明,所提出的分?jǐn)?shù)階自適應(yīng)控制器可以更加有效的消除遲滯非線性,提高壓電微定位平臺(tái)位移追蹤控制精度。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP273

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本文編號(hào)：2559829