压电陶瓷驱动平台的迟滞补偿控制方法研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhangShunsheng
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科技的高速发展拓宽了人类的研究领域,从传统的宏观对象研究逐步转变为微观世界的探索已经成为主流。在众多超精密制造、测量以及加工等高精度的操作中,均需要驱动设备提供微纳米级别的步进位移,同时也需要保障系统具有较高的动态性能。压电陶瓷驱动平台凭借其体积小、驱动力大以及超高的位移分辨率成为探索微观领域中的一个理想的驱动设备,但是由于其本身固有的迟滞等非线性因素降低对样品进行扫描成像时的定位精度,同时还影响了系统的稳定性。为了对压电陶瓷驱动平台的迟滞非线性进行补偿,并使平台具备良好的动态性能,本文首先分别建立平台的Prandtl-Ishlinshii(P-I)迟滞数学模型、线性动态模型以及两者相结合的串接模型,并进行了相关验证来证明模型建立的有效性。然后,以P-I迟滞数学模型为基础,求取其逆模型作为压电陶瓷驱动平台的前馈控制器来对平台的迟滞非线性进行补偿,并验证其有效性。同时,为了提高平台的动态性能,本文设计了压电陶瓷驱动平台的线性自抗扰反馈控制方法,并验证该方法可以有效地提高平台的动态性能,增强平台的鲁棒性。考虑到前馈控制器对平台的补偿效果取决于模型建立的精确程度,为进一步补偿平台的迟滞非线性,提高系统的动态性能,本文提出了一种将平台的前馈控制器与线性自抗扰控制相结合的复合控制方法,将前馈控制器可能因模型建立的精度问题而带来的补偿误差通过线性自抗扰控制给予消除。最后,通过仿真实验证明,本文提出的复合控制方法相较于基于P-I迟滞逆模型的前馈控制方法和基于线性自抗扰控制的反馈控制方法,不仅很好的补偿了压电陶瓷驱动平台的迟滞非线性,而且还极大的提高了平台的动态性能,使压电陶瓷驱动平台成为真正意义上的理想微位移驱动元件。
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