壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的非線性建模及控制的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)和精密制造業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的領(lǐng)域的研究向微型化的方向進(jìn)軍，微納米級(jí)加工及定位技術(shù)成為現(xiàn)代科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，而壓電陶瓷因其有著響應(yīng)快、良好的動(dòng)態(tài)性能、納米級(jí)的分辨率、不易受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于各種微納米級(jí)加工及定位系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部件。但同時(shí)因?yàn)槠渥陨泶嬖诘倪t滯、蠕變等非線性，給系統(tǒng)性能和定位精度造成了不良的干擾和影響。
　　本文針對(duì)壓電陶瓷自身存在的這些非線性問(wèn)題，結(jié)合“沈陽(yáng)市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金-應(yīng)用基礎(chǔ)

2、研究專項(xiàng)（項(xiàng)目號(hào):F13-316-1-74）”支持的“高精度定位工作臺(tái)及其測(cè)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”，對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器非線性本身及其建模和控制進(jìn)行了研究。
　　首先，對(duì)壓電陶瓷的遲滯特性、蠕變特性以及溫度特性進(jìn)行全面的理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)定和規(guī)律總結(jié)。為對(duì)其建模及控制提供了充分的依據(jù)。
　　其次，為消除壓電陶瓷遲滯給系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響，本文研究了經(jīng)典Prandtl-Ishlinskii模型，發(fā)現(xiàn)其對(duì)非對(duì)稱遲滯并不適用，于是利用梯形算

3、子代替了傳統(tǒng)的Play算子，對(duì)Prandtl-Ishlinskii模型進(jìn)行了改進(jìn)，并利用LMS算法完成了對(duì)其的自適應(yīng)在線辨識(shí)，更好地完成了對(duì)壓電陶瓷遲滯曲線的辨識(shí)。但由于這種模型對(duì)遲滯次環(huán)辨識(shí)不佳且求逆不易，故本文又研究了經(jīng)典Preisach模型，基于其離散化模型，提出了一種利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的基于其擦除特性的改進(jìn)的Preisach模型，并完成了其逆模型的自適應(yīng)在線辨識(shí)，該模型避免了傳統(tǒng)離散Preisach模型的累計(jì)誤差和求逆的復(fù)雜性

4、，簡(jiǎn)單易懂。
　　再次，為消除壓電陶瓷蠕變給系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響，本文研究了開(kāi)環(huán)條件下蠕變的對(duì)數(shù)模型和算子疊加模型。通過(guò)模型優(yōu)缺點(diǎn)的比較，選擇了較優(yōu)的基本算子疊加模型，并利用RWLS算法辨識(shí)獲得了模型參數(shù)，利用Laplace變換推導(dǎo)求得了模型的逆。在基于改進(jìn)的Preisach自適應(yīng)逆模型開(kāi)環(huán)控制前串聯(lián)了該模型的逆進(jìn)行了蠕變的逆補(bǔ)償，較為充分地了消除了蠕變。
　　然后，研究了對(duì)壓電陶瓷遲滯蠕變非線性的多種控制方案，利用空載的壓電

5、陶瓷實(shí)物系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)方案的跟蹤控制效果及誤差做了充分的對(duì)比與分析，最終選擇了基于改進(jìn)的Preisach自適應(yīng)逆模型前饋控制與PID反饋控制相結(jié)合的復(fù)合閉環(huán)控制方案，同時(shí)消除了遲滯，蠕變及外界干擾信號(hào)給系統(tǒng)帶來(lái)的不良影響。
　　最后，以項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的高精度定位平臺(tái)為例，對(duì)以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)部件的微納米級(jí)加工及定位系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行了研究，在平臺(tái)設(shè)計(jì)初期利用ADAMS與MATLAB的聯(lián)合仿真系統(tǒng)分別對(duì)平臺(tái)機(jī)械部分和平