壓電式微操作平臺的遲滯建模與控制研究.pdf

1、壓電式微操作平臺廣泛應(yīng)用于集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)、微機械制造、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)動器的遲滯現(xiàn)象會使微操作平臺出現(xiàn)非線性問題，嚴(yán)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(guān)鍵問題。本文以一維微操作平臺為對象，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行運動跟蹤控制研究，主要內(nèi)容如下：
　　建立了壓電驅(qū)動器的遲滯模型。為了提高壓

2、電驅(qū)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(qū)動器遲滯環(huán)的回歸模型，結(jié)合Preisach模型可對任意電壓系列的輸出位移進行預(yù)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(shù) c和核函數(shù)參數(shù) g進行尋優(yōu)。為了說明所建立的模型能精確反映壓電驅(qū)動器的遲滯現(xiàn)象，以壓電驅(qū)動器為對象進行實驗驗證分析，驅(qū)動器輸出位移實測值與預(yù)測值之間的相對誤

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)計了復(fù)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(jié)合的復(fù)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(jù)該逆模型對平臺進行前饋遲滯補償。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)，采用實驗?zāi)B(tài)方法獲得微操作平臺的傳遞函數(shù)。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(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控制策略對微操作平臺進行其運動跟蹤控制。復(fù)合控制雖然具有精度高快速性好的優(yōu)點，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。利用微操作平臺的動力學(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(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，實現(xiàn)微操作平臺自適應(yīng)運動跟蹤控制。實驗結(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(yīng)快速性，并具有較強的自適應(yīng)性。
　　提出了基于模糊控制的

6、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(qū)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(shù)據(jù)獲取經(jīng)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(jié)果表明，所提出的模糊控制方法在跟蹤10Hz信號