压电驱动平台的自适应PID控制

为了辨识出最优的PID控制参数,建立压电驱动平台传动系统的动力学模型;根据压电陶瓷实际的迟滞特性曲线的非对称性,改进为非对称的PI迟滞模型,形成基于改进PI迟滞模型的前馈PID控制。采用基于改进的单神经元自适应PID控制算法和基于BP神经网络的PID控制算法,实现PID参数的在线实时调整。搭建压电陶瓷驱动平台实验系统,并进行闭环控制实验。结果显示,驱动平台在前馈PID控制、单神经元自适应PID控制算法及基于BP神经网络自整定PID控制算法下的平均定位误差分别为16.5 nm,8.3 nm及5.1 nm。自适应PID闭环控制精度优于前馈PID控制,神经网络整定PID控制精度高于单神经元自适应PID控制。     

基于GALJP滤波器的迟滞特性建模与补偿控制

提出一种采用正交结构并基于Backlash算子的梯度自适应格型联合处理(GALJP)滤波器用于压电陶瓷致动器迟滞特性建模与逆补偿控制。该滤波器综合了梯度格型滤波器与自适应横向滤波器的优点,可以在阶数较低时达到良好的控制效果。首先在衰减正弦波信号下建立基于GALJP的迟滞正模型,研究表明在阶数为2时,模型的均方根误差最小,仅为0.0104μm。然后在半实物仿真实验平台上使用2阶的GALJP滤波器进行压电陶瓷致动器的迟滞补偿控制实验。实验结果表明,利用这种控制方法在随机三角波和随机正弦波信号激励下均有很好的跟踪效果,均方根误差为总行程的0.0238%和0.0262%。     

一种单片机控制的压电陶瓷微位移器的驱动电路设计

介绍了一种利用AT89C51单片机开关控制压电陶瓷微位移器位移的方法,通过单片机的定时器,在安全的TTL电平下实现对压电陶瓷应变片的高压开关控制。该功能是通过选择合适的耐压场效应管实现的,综合开关速率、耐压性、关断电流等方面的因素,采用的场效应管是IRF610型。作出对压电器件、场效应管的选择以及压电陶瓷应变片的单片机驱动电路的设计,并给出了该系统的控制程序。最后对系统进行了仿真实验,仿真结果表明:驱动电压增大,输出位移量也增大,在驱动电压140～200V时,电压增大和减小2个方向测量得到的位移-电压曲线不是重合的,这表明了压电陶瓷的测量迟滞性,驱动电压在150～190V时,函数的线性度最好,两者的迟滞性误差也最小,据此我们可以选择驱动电压范围为150～190V。     

压电陶瓷执行器多模时变滑模逆补偿控制

针对压电陶瓷执行器的迟滞问题,设计多模时变滑模逆补偿控制器对压电陶瓷执行器进行控制.首先,利用Preisach逆模型对迟滞进行串级补偿.然后,针对补偿后的压电陶瓷执行器,设计滑模变结构控制.为了消除滑模控制的到达过程,采用带指数项的滑模面.为了消除系统的静态误差,同时也减小超调,设计一个普通时变滑模面和一个带积分项的时变滑模面,采用多模控制的思想对所设计的两个滑模控制进行切换.并且通过模糊控制方法确定两个滑模控制器的切换时刻.另外,用滑模面代替切换函数有效地消除了抖振.实验结果表明,所采用的多模时变滑模逆补偿控制,消除了滑模控制的达到阶段和抖振,两个滑模控制平滑切换,克服了压电陶瓷执行器的迟滞非线性,提高了控制精确度,跟踪的平均绝对误差为0.0135 μm.     

压电驱动器系统的控制设计

针对压电伺服系统中执行机构的应用特点,分析指出压电超声马达不适宜用作高精度伺服系统中的执行机构,而是应该采用压电堆驱动的执行机构。对于压电堆驱动器的迟滞特性,提出采用便于进行仿真研究的Bouc-Wen迟滞模型,用Bouc-Wen模型分析了压电堆驱动器的非线性迟滞特性和它的补偿问题。提出了采用基于负反馈原理的扰动观测器来补偿迟滞,进一步分析了具有迟滞特性的压电伺服系统的自振荡问题,并与齿隙滞环引起的自振荡进行了比较,指出带压电滞环反馈的系统中是不会出现自振荡的。基于上述分析,提出了一种压电伺服系统的设计指导,并给出了仿真结果。     

一种UPFC模糊PI自整定控制

在简要介绍统一潮流控制器(UPFC)结构及其工作原理的基础上,提出了一种应用于UPFC串联侧的基于模糊控制理论的PI自整定控制策略,给出了该控制策略的模糊控制规则以及模糊查询表推导的详细过程.利用PSCAD/EMTDC仿真软件,实现了UPFC的时域仿真模型及模糊PI自整定控制策略,同时对UPFC的动态特性进行了仿真研究,并将所提出的控制策略与传统的定PI控制策略进行了比较.仿真结果表明,模糊PI自整定控制具有较强的稳态潮流跟踪能力,能更好地抑制故障所造成的系统振荡,显著改善UPFC的动态特性.最后将模糊PI自整定控制应用于所研制的UPFC实验装置中,实验结果也充分表明了该控制策略的有效性.     

应用迭代学习控制的压电电机定位台高精度跟踪

压电电机广泛应用于工业领域,针对选用的压电电机定位台系统,考虑到迭代学习控制不能补偿非重复性干扰,而PI控制容易使系统稳定,并能有效克服未知和非重复扰动的特点,提出PI控制加迭代学习控制的复合控制算法,并基于迭代学习控制理论的频率域设计准则,根据压电电机定位台模型的形式,给出该算法的详细设计过程,最后进行信号跟踪的实验测试,得到微米级(3.8μm)的控制精度,实验结果验证该文所设计控制算法的有效性。     

尺蠖压电驱动器的设计及迟滞补偿控制方法

设计了一种基于柔性放大原理的尺蠖压电驱动器,驱动器动子钳位部分采用对称式杠杆放大结构,中间驱动部分采用复合桥式结构。根据尺蠖压电驱动器迟滞非线性特点,在模型分析基础上,建立Preisach模型,确定逆Preisach迟滞模型的开环控制方法,并采用前馈PID方法实现闭环控制。搭建了尺蠖压电驱动器的开环实验系统,实验结果显示:尺蠖压电驱动器在开环控制下位移跟踪最大误差为2.9μm;当跟踪位移为80μm连续运动20个步距时,正反向行程的平均误差为2.1μm;当驱动电压为5 V时,获得最小步距1.5μm。同时,搭建了尺蠖压电驱动器的闭环实验系统,在该系统上进行前馈PID控制实验,闭环控制条件下,系统位移跟踪的最大误差为1.4μm,驱动器的定位精度得到提高。     

多项式拟合的光伏电池阵列模拟器研究与设计

分析了光伏电池的数学模型,提出了一种简化的工程应用模型,该模型仅需要光伏电池的5个出厂参数就可以在工程精度下完整地复现光伏电池的外部特性,采用多项式拟合方法,成功地使用4段折线对光伏电池的I-U特性曲线进行了拟合。基于多项式拟合的光伏电池阵列特性曲线设计了一种数字式光伏阵列模拟器,该模拟器以Boost变换器作为主电路,采用电流闭环PI控制。仿真与实验证明,采用多项式对光伏电池特性曲线进行分段拟合具有较高的精确度,模型误差在6 %以下,可以满足光伏系统设计及仿真的精度要求,可以取代实际光伏阵列进行相关实验研究。     

基于蓄电池模型参数拟和的新型充电控制策略

蓄电池最优充电的关键问题就是电池模型建立和充电电流的控制。本文根据储能铅酸蓄电池特性,采用脉冲电流放电法,建立了电池模型并对模型参数进行了拟合;同时针对传统储能铅酸蓄电池分阶段充电单-双闭环PI控制方法中启动电流超调量大、调节时间长,动态切换过程中电流跟踪速度慢、出现断续的情况,提出了一种基于电流预测控制的蓄电池充电控制方法。本方法将电流预测控制应用到传统单-双闭环PI控制系统中,用电流预测控制器来取代传统单-双闭环PI控制器中的电流环,使充电器输出电流在下一周期快速达到给定值,实现无差拍跟踪,达到最优控制目标。最后仿真结果和实验结果都证明了该方法的正确性与可行性。