低速大范圍下壓電執(zhí)行器動(dòng)態(tài)蠕變特性分析與控制方法研究.pdf

1、壓電執(zhí)行器是由智能材料構(gòu)成的固態(tài)執(zhí)行器，因具有亞納米級(jí)位移分辨率而得以在超精密定位的場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。對(duì)壓電執(zhí)行器內(nèi)在的遲滯、蠕變、振動(dòng)和漂移四種非線性，研究人員從宏觀和微觀兩個(gè)方面進(jìn)行了深入的工程實(shí)驗(yàn)和理論研究，得到了許多建模與控制的有效方法。目前對(duì)于遲滯的靜態(tài)特性(率無關(guān))和動(dòng)態(tài)特性(率相關(guān))的研究已日趨成熟，蠕變的靜態(tài)特性(穩(wěn)態(tài)段和單臺(tái)階)研究也有很好的抑制方法，但蠕變的動(dòng)態(tài)特性(暫態(tài)段和多臺(tái)階)方面的研究還亟待解決。
　　本文

2、以壓電執(zhí)行器的蠕變特性為研究對(duì)象，在證實(shí)蠕變現(xiàn)象具有動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)態(tài)蠕變的特性進(jìn)行分析和建模，并且研究了動(dòng)態(tài)蠕變的抑制方法。首先研究了壓電執(zhí)行器在低頻大范圍下的蠕變動(dòng)態(tài)特性，然后根據(jù)假說研究了遲滯與蠕變分離點(diǎn);為了抑制動(dòng)態(tài)蠕變，研究了雙向小幅值電壓尖峰對(duì)動(dòng)態(tài)蠕變的抑制作用，接下來使用模糊PI復(fù)合控制器對(duì)不同離散化作用下的動(dòng)態(tài)蠕變抑制作用，最后基于壓電執(zhí)行器是本質(zhì)分?jǐn)?shù)階對(duì)象的特點(diǎn)，研究了分?jǐn)?shù)階復(fù)合控制器對(duì)動(dòng)態(tài)蠕變的抑制作用。

3、>　　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、證實(shí)了低速大范圍條件下壓電執(zhí)行器的蠕變動(dòng)態(tài)現(xiàn)象;闡述了動(dòng)態(tài)蠕變的含義;得到了動(dòng)態(tài)蠕變的基本變化規(guī)律;改進(jìn)了log-type和反比例函數(shù)模型并證實(shí)了其參數(shù)的遲滯性;提出了在低速大范圍條件下，蠕變與遲滯分離點(diǎn)假說，并設(shè)計(jì)了函數(shù)模型，證實(shí)了其可前推性。
　　2、基于尖峰電壓的方向?qū)θ渥円种频闹匾绊?，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了尖峰電壓對(duì)壓電執(zhí)行器非線性抑制的優(yōu)化方向;受滑模等智能算法在臺(tái)階電壓開始處產(chǎn)生的尖峰電

4、壓?jiǎn)l(fā)，發(fā)現(xiàn)了開環(huán)條件下尖峰電壓幅值的大小、方向以及間隔時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)臺(tái)階蠕變的影響規(guī)律，即尖峰電壓幅值對(duì)動(dòng)態(tài)蠕變有非線性影響，存在最優(yōu)值;發(fā)現(xiàn)了尖峰持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)有利于降低尖峰電壓幅值。
　　3、結(jié)合控制經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了模糊PI復(fù)合控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)率無關(guān)遲滯和動(dòng)態(tài)蠕變同時(shí)抑制;證實(shí)了微分對(duì)壓電執(zhí)行器抑制的效果;提出了合理的模糊控制規(guī)則;設(shè)計(jì)直接逆方法作為前饋控制器保證了控制的快速性，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)該控制器能夠同時(shí)有效抑制率無關(guān)遲滯和動(dòng)態(tài)蠕

5、變。
　　4、結(jié)合壓電執(zhí)行器具有本質(zhì)分?jǐn)?shù)階特性和經(jīng)典PID的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階復(fù)合控制器，解決了其他算法在臺(tái)階電壓開始處抑制壓電執(zhí)行器非線性時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大幅值尖峰電壓的問題;結(jié)合遲滯直接逆實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)蠕變的抑制，所提復(fù)合控制器具有反應(yīng)速度快，跟蹤精度高，對(duì)蠕變暫態(tài)段的超調(diào)電壓具有很好的抑制能力。
　　對(duì)壓電執(zhí)行器動(dòng)態(tài)蠕變的特性分析與控制研究是對(duì)其內(nèi)在非線性研究的深化，研究結(jié)果有助于推動(dòng)壓電執(zhí)行器在低速大范圍下的應(yīng)用;蠕變與遲滯分離