采用最小二乘支持向量机的压电陶瓷迟滞建模及补偿控制算法研究

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压电陶瓷驱动器作为一种微位移器件,具有位移分辨率高、频率响应快、体积小、驱动力大等优点,被广泛应用于精密定位领域中。然而压电陶瓷固有的迟滞非线性特性严重影响了其定位精度,为了提高基于压电陶瓷的微位移系统的控制精度,本文对压电陶瓷的迟滞建模方法以及基于逆模型的迟滞补偿控制方法展开研究。在迟滞建模方面,采用了最小二乘支持向量机(LSSVM)结合双自回归结构的动态建模方法,并通过粒子群算法对LSSVM的参数选取进行优化。而后针对LSSVM对离群点较为敏感、抗干扰能力较差的问题,提出一种自适应的加权方法,该方法对训练误差较大的样本赋予较小的权重,当误差超过给定阈值后将权重置零。实验结果表明,本文提出的建模方法能够对多种不同频率的样本实现高精度预测,并且在降低离群点对模型干扰的同时,削减训练样本容量,提高模型的鲁棒性与稀疏性。在迟滞补偿控制策略方面,首先根据LSSVM迟滞逆模型输入端历史位移的不同来源提出两种前馈控制方法。对两种方法的测试结果表明,单独的两种前馈方法的定位控制性能较差。为了实现对迟滞逆模型输入端的校正,提出了将两种前馈控制相结合的混合前馈控制方法,有效地削弱了迟滞非线性对控制精度的影响。进一步提出了将混合前馈控制与PID反馈控制相结合的前馈反馈控制器,以增强模型的抗干扰能力,提高模型的位移跟踪精度。与传统的PID反馈控制以及Preisach前馈控制的对比实验验证了本文的控制模型具有更优的控制性能,并且能够对多种不同波形的输入位移实现高精度跟踪,展现出良好的泛化性能。
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