压电驱动器磁滞补偿的模糊控制方法及应用

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压电驱动超精密微位移平台作为各种现代微电子制造装备的核心部件,其研发水平直接影响国家电子信息产业的技术进步。但是,压电驱动器固有的磁滞特性,会使系统精度严重下降,甚至导致系统闭环的不稳定。因此为了进一步提高超精密机电系统快速运动精度,满足纳米级加工和操作的要求,急需研究磁滞补偿控制的理论与方法。本文主要研究了压电驱动器磁滞补偿的模糊控制方法,设计了二维并联微动平台,采用了多输入单输出的模糊系统对压电驱动器的磁滞特性建模,构造了xPC Target实时仿真系统,在此基础上,实现了磁滞补偿的模糊确定等效控制实验。首先,采用复合双平行直板型柔性铰链机构,设计了具有极低运动耦合度的二维并联微动平台,对其进行了结构优化计算和有限元分析,使用电火花线切割加工完成后,实现了相关的测试及实验验证。其次,针对压电驱动器的磁滞特性,提出了一种基于MISO模糊系统的磁滞建模方法,将一维输入空间中的多值函数映射为多维输入空间的单值函数,有效地解决了磁滞曲线多值映射的问题。基于Matlab7.9软件,该方法根据磁滞系统的输入输出数据,在最大隶属度、最近邻居和超半径概念的基础上,基于1阶T-S型模糊推理对模糊系统进行训练和参数优化,从而精确的建立了压电驱动器的磁滞特性模型。然后,应用xPC Target系统构成硬件在回路仿真实时试验系统,它可以完成压电驱动器磁滞补偿控制系统的快速原形化、硬件在回路中测试等工作。最后,使用模糊确定等效控制器补偿压电驱动器的磁滞特性,对微动台进行了高频正弦轨迹及圆轨迹快速跟踪控制实验。实验结果表明,该控制方法具有较高的跟踪精度,简单易行,具有良好的经济效用。
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