基于压电陶瓷驱动器的模糊PID控制设计

分析了常规PID控制的不足,阐述了模糊控制原理、模糊PID控制设计以及模糊PDI的建立,并通过常规PID控制下与模糊PID控制下的压电陶瓷驱动器的位移响应曲线实验对比,证明模糊PID控制的优点.     

压电陶瓷驱动器模糊自整定PID控制方法研究

本文将模糊自整定PID控制思想应用于对压电陶瓷驱动器的控制，运用模糊理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整，有效克服压电陶瓷驱动器迟滞，非线性的影响。在LabVIEW环境下实现了该控制算法。在此基础上，建立了实验系统，对压电陶瓷驱动器进行模糊自整定PID控制研究。实验结果表明，被控制方法明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

压电驱动器的非线性模型及其精密定位控制研究

压电驱动器的非线性特性和迟滞特性是影响微动平台定位控制精度的主要因素。采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，利用建立的Preisach模型进行开环精密定位控制和作为PID反馈控制的前馈环节的研究。实验结果表明，该模型能够有效地降低非线性迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响，提高驱动器的动态响应特性。     

压电驱动器的改进PID算法控制

因迟滞、非线性等固有缺陷的存在，开环应用时压电驱动器的动态响应性能很差。以上问题可以通过闭环控制加以解决。在对压电驱动器物理特性分析的基础上，本文提出了一种适合于压电驱动器的改进算法，并用软件加以实现。实际对比测量表明，改进后的算法对提高压电驱动器的动态性能有一定的作用。     

压电驱动器的改进PID算法控制

因迟滞、非线性等固有缺陷的存在,开环应用时压电驱动器的动态响应性能很差.以上问题可以通过闭环控制加以解决.在对压电驱动器物理特性分析的基础上,本文提出了一种适合于压电驱动器的改进算法,并用软件加以实现.实际对比测量表明,改进后的算法对提高压电驱动器的动态性能有一定的作用.     

压电陶瓷驱动器的滑模神经网络控制

由于压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,本文提出了一种滑模神经网络控制方法来改善它的性能.用径向基函数神经网络的输出作滑模控制的等价控制量,由迟滞补偿器估计控射器参数误差、外部扰动和近似计算所造成的不确定量对神经网络的输出控制量进行补偿,从而使驱动器系统状态保持在滑模平面上.基于Lyapunov稳定性理论推导了控制器和补偿器的自适应调节律,分析了控制系统的收敛性和稳定性,以可变幅值的低频三角波为参考位移量对控制系统进行了实验测试与分析,结果表明,只采用神经网络控制时的平均定位误差为0.43 μm,最大误差为0.77 μm,而采用滑模控制方法对神经网络控制量进行补偿后,平均定位误差减小为0.27 μm,最大误差减小为0.49μm,定位精度有了显著的提高.     

基于LabVIEW FPGA的压电陶瓷驱动器位移控制研究

针对传统实时模块存在的响应速度较慢、采样周期较长等缺点,不能满足压电陶瓷驱动器快速响应的要求,在LabVIEW FPGA模块下搭建了压电陶瓷驱动器的控制系统,并采用PID控制方法进行压电陶瓷驱动器的位移控制实验研究。实验结果表明:与实时模块PID控制方法相比,基于LabVIEW FPGA模块PID控制方法能有效提高压电陶瓷驱动器的动态性能,响应时间由37 ms降低到15 ms,且基本无超调。     

压电陶瓷驱动器的迟滞特性

针对压电陶瓷固有的迟滞现象对其定位控制精度的影响,对迟滞进行了特征分析和实验验证。基于微观极化机理和机电耦合效应分析了迟滞的成因,分别对不同驱动行程,全行程不同位置和不同起始电压下的迟滞特性进行了对比实验。结果表明:对10V行程的驱动,随着电压区间的递增,平均位移输出先增大后减小,平均迟滞误差从0.419 3μm减小到0.158 9μm;对100V行程的驱动,随着起始电压的增大,平均位移输出从42.882 5μm减小到25.92μm,平均迟滞误差从3.999 3μm减小到1.692 3μm;起始电压每增加15V,位移输出减小5.654 2μm,迟滞误差减小0.769μm。实验结果反映了电畴翻转状况对驱动过程机电耦合效率的影响,有效验证了电畴翻转理论。实验也表明:针对电畴翻转不同阶段所表现的的迟滞特征对压电陶瓷驱动器的迟滞误差进行补偿,可修正或减小迟滞误差带来的影响,为提高系统定位控制精度提供科学的参考依据。     

基于压电驱动器的微动平台开环精密定位控制研究

针对压电驱动器的非线性和迟滞特性,首先介绍了一种基于迭代学习控制的压电驱动器的快速电压/位移线性化方法,利用此方法所得的线性化数据对二维微动平台进行了开环精密定位控制;然后介绍了采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模的方法,并利用此模型也进行了开环精密定位控制研究。试验结果表明,两种方法均能达到亚微米级的开环定位精度,且前者定位精度稍优于后者,但是当控制序列发生转折时,前者必须先回到零电压或者饱和控制电压,才能进行下一次定位控制,而后者可以实现任意序列的连续控制。     

压电陶瓷驱动系统及控制方法研究

给出了一种压电陶瓷驱动系统的控制方法,利用VB中的Timer控件和压电陶瓷电源的DLL动态连接库函数,实现了控制电压的实时可编程输出。针对压电陶瓷驱动器的非线性和迟滞特性,应用MATLAB分别拟合出压电陶瓷驱动器在往返行程中电压与位移值的多项式拟合曲线,得到了电压与位移的关系式,为进一步修正和减少非线性及迟滞误差的影响、提高系统的定位精度,提供了分析的依据。     

基于移相控制的压电陶瓷驱动器设计

为解决开关式压电陶瓷驱器输出电流失真,纹波大等问题,设计了一套基于移相控制的压电陶瓷驱动器.主电路拓扑上采用多路半桥并联结合LCL滤波器电路,并采用移相控制,对拓扑和控制方法进行了仿真,通过了实验验证.实验结果表明:当负载电容为5μF,输入信号幅值为0～9.5V,频率在5kHz～2kHz范围内,驱动器能以良好的动态性能...     

应变式三维加速度传感器的设计

研制了一种新型应变式全剪切三维加速度传感器,其弹性元件为一双层错位孔的薄壁圆筒,即每一层均匀开出4个孔槽,上下层孔槽之间相互错开45°角,从而实现了三维加速度量都利用剪切应变测量.有限元分析计算和实验结果表明,所研制的传感器在3个正交方向上都有较高的灵敏度,各加速度分量互干扰小.     

基于迟滞模型压电陶瓷跟踪控制方法

压电陶瓷存在迟滞现象,开环定位精度受到严重影响.本文提出一个能够精确描述迟滞现象的数学模型,通过实验发现压电陶瓷迟滞曲线由转换电压决定.提出基于这个迟滞模型的开环逆控制方法,压电陶瓷迟滞减少至1%以内,控制性能显著提高.     

Thermally induced vibration control of cylindrical shell using piezoelectric sensor and actuator

Shell type components and structures are very common in many mechanical and structural systems. Modeling and analysis of adaptive piezothermoelastic shell laminates represent a high level of sophistication and complexity. In this paper a finite element model is developed for the active control of thermally induced vibration of laminated composite shells with piezoelectric sensors and actuators. The present model takes into account the mass, stiffness and thermal expansion of the piezoelectric patches. A C_o continuous nine-node degenerated shell element is implemented to model the structure. The piezoelectric sensing layer senses the structural vibration and a suitable voltage applied in the piezoelectric actuator layer suppresses the oscillation. Actuator and sensor are coupled together with a control algorithm so as to actively control the dynamic response of the structure in a close loop. Numerical results are generated for a cylindrical shell and it is observed that thermally induced vibration of a laminated cylindrical shell can be suppressed through the application of piezoelectric sensor and actuator. Effects of variation in control gain and piezoelectric layer area coverage (PAC) have been studied. Higher control gain is more effective in damping out the vibration. Although the damping is enhanced by increase in PAC, increase beyond a certain level may not be useful in view of smaller efficacy and increased weight.     

基于应变传感器的高精度悬臂梁挠度测量仪

挠度是材料性能的一项重要指标,为了精确的测量梁的挠度,文中设计了一悬臂梁挠度测量装置,装置中采用应变式传感器进行应变测量,利用挠度与外载荷间的关系,推导出梁在相应外载荷作用下的挠度;仪器中应用单片机技术对测量的数据进行处理,通过合理的数据优化保证了系统的测量精度.测量结果表明该测量系统符合各项要求.     

基于GMR传感器的小体积二维电子罗盘设计

针对二维电子罗盘存在的体积、精度较难平衡等问题,对二维电子罗盘展开了研究。通过对硬件与算法的优化设计,提出了一种较为实用的解决方案。硬件上采用新型的二维GMR传感器感测磁场,使用C8051F350单片机自带的Δ-ΣA/D模块进行了信号调理,有效减少了信号调理器件,使用了针对GMR传感器优化的算法,在无干扰下可保证其具有较好的辨向精度,在有外部干扰的环境中,通过旋转校准,依然可以保证较高的精度。同时,将校准数据IAP到单片机Flash中,即使系统掉电也可以保证数据不丢失。经国防科技工业弱磁一级计量站的测试,其测试结果表明,该设备在无干扰情况下精度可达±2°,在强干扰下精度依然较高,具有较强的工程实用价值。     

基于压电执行器的切削振动主动控制实验研究

利用压电执行器,构造了切削振动主动控制实验系统并分析了该系统的控制机理;该系统根据以振抑振的思想,采用位移反馈策略对切削过程的振动行为进行干预,进而实施对振动的主动控制.从实验结果看,达到了明显的减振效果,该系统为将来制作更具商业前景的智能刀杆奠定了良好的基础.     

叠堆式压电陶瓷驱动器的复合控制

提出了逆Bouc-Wen前馈控制与反馈控制相结合的复合控制算法,用于改善压电陶瓷驱动器对目标轨迹的跟踪性能。建立了压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen迟滞动力学模型,并用粒子群算法(PSO)对该模型的参数进行识别。基于Bouc-Wen迟滞模型,提出了逆Bouc-Wen前馈补偿控制。最后,为消除迟滞模型的不确定性,引入比例积分(PI)反馈控制,并与前馈补偿控制构成复合控制算法。建立了基于dSPACE实时系统的压电陶瓷驱动实验平台,迟滞实验结果表明:压电陶瓷的迟滞误差量几乎为0,线性度高达96.5%;目标轨迹跟踪实验结果表明:复合控制算法的最大跟踪误差为0.180 5μm,均方根(RMS-Root mean square)跟踪误差为0.055 4μm,跟踪精度达到了10-8 m。相比于开环控制、前馈控制及PI反馈控制,提出的复合控制算法能够基本消除压电陶瓷的迟滞非线性,同时具有很好的轨迹跟踪性能。     

基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制

压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及其辨识方法,并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化的有效性,实验结果表明,通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时,改进的模型最大拟合误差均在1%之内,通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内,并且改进PI模型在计算复杂度上由O(n)简化为O(1)。     

尺蠖型压电驱动器的闭环控制研究

针对尺蠖型压电驱动器的输出特性,提出利用驱动电压与输出位移分段线性拟合曲线、逐步“搜索”驱动电压值,从而逼近目标位置的闭环控制方法,分析了控制方法的可行性。针对该方法,构建了闭环控制试验系统,对该方法进行了验证,试验结果表明：采用该方法可以实现对尺蠖型压电驱动器的闭环精确控制,相比于开环工作而言定位精度提高了14.4%,该方法具有控制精度较高、响应迅速等优点。