压电粘滑性驱动器综合模型与该驱动器热效应补偿策略的研究

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压电粘滑性驱动器不但定位精度高(最高的能达到几个纳米),而且行程长(从理论上可以是无限的或者仅受机械结构的制约)。本文从系统的观点出发,建立了一个综合考虑压电驱动器的迟滞效应、压电驱动器与驱动块的整体动力学性能、终端输出器与驱动块接触表面的摩擦特性,系统的热效应,以及终端输出器的质量的综合动力学模型。设计了各个模型中参数的确定过程,运用系统辨识的方法,确立了压电粘滑性驱动器的综合动力学模型中各个子模型的参数。在Matlab/Simulink环境下建立系统的综合动力学仿真模型,用仿真试验验证模型并分析各个因素对系统的影响。所建立的模型更加全面的反应出了各个主要因素对系统终端输出器输出位移的影响。采用比例-微分(PD)控制器先后对压电驱动器本身和整体系统进行控制。结果显示,控制器可以显著减小系统最大超调量,但对系统整体进行控制时,控制器对调整时间没有改变。采用两种控制方案来补偿终端输出器与驱动块之间的接触表面的热效应,一种方案是采用一个主控制器来控制系统整体的运动特性,采用一个热效应补偿附加控制器来控制终端输出器上的压力调节装置,由接触表面温度计算出所需的压力的调节大小,进行系统的热效应补偿控制。另一种控制方案是采用参数自调节的PD/PID控制器进行系统整体控制,并进行热效应补偿。方案一可调节温度范围较广,但整个系统中有一个主控制器和一个附加控制器,需要考虑二者的协同作用,且需要单独设计压力调节装置,增加了系统的成本。控制策略二控制精度更高,算法更简单,但是可控的温度范围受限制(30℃~38℃)。PID控制对热效应补偿控制的控制性能更优。
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