压电陶瓷驱动器迟滞非线性的改善方法

压电陶瓷驱动器在微位移定位方面被广泛应用,但压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,因此,介绍了各种改善压电陶瓷驱动器迟滞非线性特性的方法,并提出了用3次样条插值法和最小二乘曲线拟合法来实现压电陶瓷驱动器的精确定位,改善压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性,实验表明,以上方法可使压电陶瓷驱动器的定位误差小于5％.     

压电驱动器迟滞建模与开环控制实验研究

压电位移扫描技术可实现纳米级位移分辨率,但其迟滞现象会降低系统测量精度.该文依据大量实验现象中压电驱动器迟滞存在点对称性特征,建立了一种压电驱动器迟滞的数学模型.本模型由实验数据拟合上升主回线,再根据压电驱动器的点对称性,计算出其他上升或下降回线,同时得到其逆模型.利用逆模型对压电驱动器进行开环控制实验结果表明,实验系统控制误差范围为-36~+47 nm.     

压电驱动器的率相关迟滞特性建模与测试

该文提出了一种与速率相关的Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型来表征压电驱动器的速率相关迟滞非线性。该模型基于双边Play算子的经典P-I模型,引入多项式修正其中心对称性。在此基础上将驱动电压升降速率引入模型参数中,用以描述其率相关性。测试压电驱动器的率相关迟滞特性,采用最小二乘算法对模型参数进行辨识。结果表明,在速率为0.12～6 V/ms内最大误差为0.076～0.190μm,均方根误差为0.044～0.077μm,相对误差为1.2%～3.2%,验证了所建模型的准确性。     

压电陶瓷驱动器

本文介绍了压电陶瓷驱动器的基本原理、结构、特性、主要应用以及驱动器用压电陶瓷新材料。     

压电驱动器迟滞特性的Preisach模型研究

压电驱动器的迟滞特性是影响其位移输出精度的主要因素。该文采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，并进行了相应的实验研究。实验结果表明该模型可以很好地预测压电驱动器在经过一定的控制电压序列以后的位移输出值．能够有效地降低迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响。     

基于自适应逆控制的压电驱动电源

为了减少压电驱动器迟滞非线性,提高微系统的定位精度,该文设计了基于自适应逆控制的压电驱动电源。选用型号TMSF320F28335的数字信号处理(DSP)芯片,对信号调节器、前级DC-DC的Boost升压电路和后级DC-AC的单相全桥逆变电路进行设计分析。在CCS6.0软件开发环境下进行编程,实现了SPWM驱动信号的生成、对位移信号进行AD采样和Prandtl-Ishlinskii自适应逆模型的功能。为了验证所设计的压电驱动电源的自适应控制性能,采用压电陶瓷驱动器开展了基于自适应逆的驱动控制实验。结果表明,在不采用控制的条件下,1 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移均方根误差(RMSE)为3.239 5μm,绝对值平均误差(MAE)为2.985 1μm;随着频率的增加,20 Hz时RMSE、MAE的最大值分别为21.402 9μm、19.306 2μm。使用基于自适应逆控制的压电驱动电源,1 Hz时RMSE为0.324 9μm, MAE为0.265 6μm; 20 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移RMSE为12.639μm, MAE为11.956 1μm。     

惯性式压电陶瓷驱动器的研究

详细讨论了惯性式压电陶瓷驱动器的驱动原理,建立了惯性式压电陶瓷驱动器的动力学模型,从理论上分析了驱动器的驱动电压与驱动力、位移之间的关系,作出了驱动电压与驱动力、位移之间的关系图,通过实验得到的数据作出驱动电压与驱动力、位移图,理论分析结果的图像与实验结果的图像是一致的,证明所建立的贯性式压电陶瓷驱动器动力学模型是合理的。     

基于小波变换的压电陶瓷动态迟滞特性建模

为了解决压电陶瓷迟滞系统的建模问题,提出了一种新迟滞建模方法--在小波域(时频域)对迟滞特性进行建模.该模型通过一维离散小波变换,实现输入信号从时域到小波域的转换;对转换后得到的小波域元素利用RBF神经网络进行逼近;再通过一维离散小波逆变换,使逼近后的小波域元素重新回到时域,整个变换过程间接地实现了对时域迟滞特性的描述.通过仿真表明,该建模方法是有效的,并具有较高的精度.     

压电陶瓷作动器的率相关迟滞建模与内模控制

针对压电陶瓷作动器的率相关迟滞特性,建立了基于广义Bouc-Wen模型的Hammerstein率相关迟滞非线性模型,分别以广义Bouc-Wen模型和自回归历遍模型来代表Hammerstein模型中的静态非线性部分和线性动态部分,并辨识模型参数。在此基础上,得到Hammerstein模型的逆模型,通过构造其正、逆模型设计了内模控制方案,最后在试验平台上对控制方案进行了验证。实验结果表明,对100Hz以内期望信号的跟踪控制相对误差均小于9%,证明了所提出的模型和内模控制策略的有效性。     

压电驱动器建模与控制技术研究

该文对压电驱动器建模与控制技术进行了研究。通过二阶系统描述了压电驱动器的线性动态特性。基于Preisach迟滞模型,提出了全新的简化模型,避免了Preisach模型中复杂的双重积分运算。通过前馈与反馈控制技术相结合,为压电驱动器设计了一个综合控制器。在前馈控制器中,通过Preisach模型描述逆迟滞环,有效解决了Preisach模型不可逆的问题。通过比例、积分、微分(PID)反馈控制器,有效提高了系统鲁棒性,并有效补偿了前馈控制器中模型不精确带来的误差。最终,通过实验分别验证了模型的有效性及控制器的控制作用。     

压电驱动器迟滞特性的类Hammerstein模型

压电驱动器中迟滞特性会影响微操作系统的定位精度。为了消除迟滞对系统的不良影响,该文提出了类Hammerstein模型来描述压电驱动器的迟滞特性。首先,提出了改进迟滞算子(MDHO),在算子中增加偏置、死区宽度、斜率调整滞环的高度和宽度,体现迟滞的非对称性和速率相关性;然后,利用改进迟滞算子加权叠加表示静态非线性部分,迟滞算子的参数和权重可以在线调整来适应外界条件的变化,利用输入自回归模型表示动态线性部分,建立了可以描述压电驱动器速率相关迟滞特性的类Hammerstein模型;最后,依次通过最小二乘法、矩阵扩围、矩阵奇异值分解对模型中的参数进行辨识,并证明了所辨识的参数是无偏估计。研究结果表明所提出的建模方法是有效的。     

压电陶瓷作动器的改进Duhem迟滞建模

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性,且在高频信号下迟滞现象更严重的问题,该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型.根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据,采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型,并通过与经典Duhem模型进行对比,验证了该模型的有效性.实验结果表明,与经典Duhem模型相比,改进...     

高压共轨压电喷油器迟滞控制研究

通过Matlab/Simulink建立了压电堆执行器迟滞补偿模型,由压电堆执行器无外载静态试验获得了基于Maxwell粘-滑模型的迟滞特性模型参数,将模型用于高压共轨压电喷油器控制.实验结果表明,采用建立的迟滞补偿模型,通过开环前馈控制,有效抑制了压电堆执行器的迟滞影响,喷油率上升和下降速率减缓,有利于降低燃烧噪声和减小"水击现象"对喷油量波动的影响.     

非线性压电作动器的振动模糊控制方法

在振动主动控制问题中，压电作动器常表现出一定的非线性特性。研究压电作动器的非线性特性，对于设计智能结构中的控制系统和控制策略非常重要。该文针对压电作动器表现出的非线性特性，提出一种基于模糊自适应滤波算法的前馈主动控制方法。数值仿真结果表明了该非线性模糊自适应控制方法的有效性。     

压电叠堆执行器迟滞建模与前馈补偿研究

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。     

压电陶瓷驱动器在机器人柔性臂应用中的研究

研究了片状压电陶瓷驱动器在柔性手臂中的应用,推导了基本压电陶瓷驱动器的柔性臂静力学方程,建立了描述驱动器迟滞特性的Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型,提出了一种基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ前钏环的ＰＩＤ掏方法对柔性夺动主动控制和轨迹控制俞中以有效地克服片状压电陶瓷驱动器的迟滞特性,消除柔性臂运动产生的振动,实现柔性臂的精度轨迹控制。     

压电陶瓷致动器自适应逆控制方法的研究

压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用，但是它也存在着迟滞，蠕变和位移非线性等不足，该文将自适应逆控制思想应用于对压电陶瓷致动器的控制，通过对其机电变换特性的分析，用自适应法建立压电陶瓷的迟滞蠕变模型和逆模型，并且在此基础上建立实验系统，对压电陶瓷致动器进行自适应逆控制法的研究，实验数据分析结果表明，该控制方法有良好的学习功能，系统的输出线性误差从28．1％减少到1．56％。     

压电叠堆执行器迟滞非线性建模与分析

压电叠堆执行器输出位移具有迟滞非线性特性,在高精度控制和电静液作动器等应用领域,为实现进一步研究和控制,需要针对该特性进行建模。该文首先针对压电叠堆执行器的静态特性,采用改进的非对称BoucWen模型建立压电叠堆执行器的准静态模型;其次,为描述其动态位移输出特性,将执行器输出力分为线性模块和滞后模块,根据系统动力学方程建立压电叠堆执行器迟滞非线性动态模型,进行参数辨识、模型仿真与实验研究。结果表明,在400Hz频率范围内,所建立的模型能够准确描述与预测压电叠堆执行器输出位移的迟滞非线性。