压电陶瓷片迟滞补偿建模及悬臂梁主动控制研究

为增强压电悬臂梁振动控制效果,提出一种基于最小二乘法的逆迟滞补偿控制算法。在不同电压下对压电陶瓷片位移进行实测,应用最小二乘法对其迟滞环进行多项式拟合建模,并利用压电片逆迟滞补偿模型对控制电压进行补偿。通过悬臂梁振动主动控制试验系统研究PID控制器在有、无逆迟滞补偿时的控制效果。结果表明:经过PID逆迟滞补偿后的主动控制效果比传统PID提高10.083%。因此,该逆迟滞补偿方法能够有效增强压电陶瓷片的主动控制效果,对于压电悬臂梁振动主动控制具有重要参考价值。     

土壤湿度传感器非线性误差补偿方法

PHSL-S土壤湿度传感器具有高度非线性,严重影响土壤水分含量的测量准确性。本文介绍了一种基于最小二乘法和多项式拟合的土壤湿度传感器非线性误差补偿方法。首先介绍了非线性误差补偿原理,构建了基于多项式拟合的土壤湿度传感器非线性误差补偿器(即传感器逆模型),通过综合评价拟合函数性能参数,确定补偿器的阶数;利用最小二乘法,求解出了传感器补偿器的参数。利用PHSL-S传感器土壤湿度检测系统进行实验,结果表明,这种基于最小二乘法和多项式拟合的土壤湿度传感器非线性误差小于5%,证实了该方法的有效性。     

压电倾斜镜迟滞非线性建模及逆补偿控制

自适应光学系统中的压电倾斜镜通常是用来实时校正大气湍流引起的波前畸变,但压电倾斜镜的响应都有较大的非线性迟滞效应,大大降低了倾斜镜的到位精度,并且影响系统稳定性,制约了倾斜校正系统的带宽,因此需要对迟滞现象进行建模,通过建立的模型进行补偿。本文通过引入迟滞算子,使用贝叶斯正则化训练算法训练BP神经网络来构建压电倾斜镜迟滞模型,以中国科学院光电技术研究所自主研制的压电倾斜镜为对象开展了实验研究。最后的实验结果表明,通过BP神经网络构建的压电倾斜镜迟滞模型具有较准确的辨识能力,其中,X方向的迟滞大小由6.5%降低到了1.3%,Y方向的迟滞大小由7.1%降低到了1.6%。     

基于迟滞非线性逆补偿的振动主动控制仿真研究

由于压电材料本身的特性,压电作动器对外加电场的响应通常表现为多值映射的迟滞特性。这种迟滞非线性会产生与输入信号相关的相位和谐波失真,一方面会造成系统振荡甚至失稳,另一方面会产生谐波,限制系统性能。本文通过仿射原理对迟滞非线性进行建模,并通过神经网络引入迟滞逆模型,以消除迟滞非线性的影响,在此基础上,结合自适应控制LMS方法对引入补偿的迟滞非线性系统的振动传递控制进行仿真研究。结果表明,具有补偿的迟滞非线性系统的控制误差比没有补偿的系统的控制误差明显减小,而且误差收敛速率也明显变大。     

压电作动器的迟滞非线性建模和实时补偿控制仿真

压电作动器的迟滞非线性不同程度的影响了作动器的性能,降低了系统的稳定性,甚至使得系统不稳定,尤其在振动主动控制应用中,要求系统具有极强的实时性,否则由于相位滞后控制效果将会受到严重影响.在研究了各种迟滞非线性模型和补偿算法的基础上,采用PI迟滞算子对压电作动器建立一个纯现象的模型来准确描述其迟滞现象,参数的线性不等式约束保证了求解的唯一性和模型的可逆性.在此基础上利用PI逆模型设计补偿器来补偿迟滞非线性.仿真结果证明了控制算法的正确性和有效性,并有效抑制了迟滞的影响,保证了理想的跟踪精度.     

压电陶瓷复合材料振动发电研究

根据仿真设计和计算结果,制备了悬臂梁结构压电陶瓷复合材料,并考察了其振动发电性能。对复合材料的内外阻抗进行匹配,获得了最大的功率输出并在最佳阻抗匹配条件下,研究了振动发电性能与激励振幅和频率的关系。研究结果表明,压电复合材料的振动发电功率随着激励振幅的增大呈二阶增大,随着激励频率的增大呈线性增大。     

基于迟滞观测器的压电堆补偿控制

压电堆具有反应速度快、能量密度高等特点被广泛应用于精密仪器的作动装置.然而,压电堆输出位移与驱动电压之间存在的迟滞效应会严重影响控制精度.为了补偿迟滞效应带来的影响,提升控制效果,提出了一种基于滑模变结构理论的类Luenberger迟滞观测器,观测器的设计不仅考虑到了模型中的不确定因素,还可在一定程度上减小外部扰动带来...     

振动控制中压电作动器非线性的补偿方法研究

在周期振动的自适应控制中,压电作动器的非线性特性会产生高次谐波,激发高阶模态振动。为抑制压电作动器的高次谐波激励,同时结合自适应振动控制的特点,提出一种新的作动器非线性补偿方法。该方法将作动器的非线性与结构的动态特性部分融合,用正交多项式从输入输出信号中拟合静态非线性及其逆变换,计算过程简单,数值稳定性高。在控制通道中,通过逆变换对控制信号进行预处理,使得补偿后的输入输出具有线性系统的特征,而输入输出之间的相位差完全由自适应算法进行补偿。实验结果表明,所给出的补偿方法能够抑制高次谐波,并改善了振动控制效果。     

压电陶瓷的非线性特性校正研究

讨论了非线性对正弦相位调制Fabry-Perot(F-P)干涉术的影响.当用分块积分讨论相调F-P干涉术的输出光强,并作近似处理时,就可以给出类似的结果,所以把这种方法进一步推广到对相调F-P干涉术的研究中.同时提出了两种测量压电陶瓷非线性系数的方法,在实际测量得到的非线性系数基础上,完成`影响大小的数值计算和实验研究.最后证明提出,相调F-P干涉术的初相位应选择在π/4附近以及它可用于测量精细表面的粗糙度或其轮廓.     

压电陶瓷振动振幅的测量

采用激光多谱勒法测量了P4、P8和P5压电陶瓷元件的振动振幅,进而确定压电陶瓷振幅最大时的频率,并且与导纳电桥法测得的频率进行了比较。实验证实采用激光多普勒法可以准确测量压电陶瓷的振动振幅和谐振频率,并且机械品质因数Qm越大,测得的谐振频率越准确,这为评价压电陶瓷元件的质量提供了一种新的手段。     

传感器非线性误差的修正

：在过程控制中，为了提高测量精度，我们通常须对传感器的特性进行校正．本文基于作者的开发产品的经验介绍修正传感器特性的方法．     

径向极化压电陶瓷管的径向振动研究

结合平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷细长管的径向振动进行了研究,得出位移函数、电势函数的精确解。利用振子静电电荷方程导出电位移及电场强度函数,解决了电压与电场强度非线性关系问题,进而辅助maple软件首次对厚壁管形振子等效电导纳进行研究,推出了精确的谐振反谐振频率方程。利用数值法得出了不同尺寸管形振子的谐振反谐振频率,并通过有限元分析,结果表明了本文理论的准确性与精确性,为压电陶瓷厚壁振子的理论研究及设计提供了依据。     

采用压电陶瓷的气袋用传感器

采用压电陶瓷的气袋用传感器水野利弘在汽车发生碰撞时能保护乘员免受冲击的气袋系统，近年来快速普及。当前交通死亡事故已成为一个社会问题，人们的安全意识加强了，预计汽车的气袋安装率将会日益增加。气袋系统的构成要素中最重要的是检测冲击的传感器。如果不能正确地...     

高灵敏度传感器用薄片压电陶瓷元件的研究

制备了厚为0．1mm,用于高灵敏度传感器的压电陶瓷元件,用来测量冲击气流的压强。首先在PbTiO3-PbZrO3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3三元系中进行了材料研究,获得了d31值较高的陶瓷配方如下：配方代号 配方组成烧成条件 ZN45A Pb0．895Ba0.05Sr0．05(Zn1/3Nb2/3)0.30Zr0．37Ti0.33O3 1250℃／4小时 ZN64 Pb0.965La0.03(Zn1/3Nb2/3)0.30Zr0．37Ti0.33O3 1270℃／1小时 它们的主要性能列于表1 当用这两种配方试制薄片元件时,发现当瓷片厚度降至0．1mm时,元件的ε33T,Kp和d31值严重下降而不能获得高灵敏度的压电元件。为了解决薄片性能下降的问题,我们研究了瓷片的厚度、研磨、氧化、烧银和极化条件对薄片元件的压电性能的影响,获得的试验结果为：1．研磨所用磨料的粒径对薄片元件的性能影响最大。当用13μm金刚砂(称为一般细磨)和7μm刚玉粉(称为精细磨)进行研磨时,它们对ZN45A的性能影响如表2所示。从表2可知,采用粒径较细的磨料研磨,可以显著防止薄片的性能下降。通过一些实验证明,薄片元件的压电性能随厚度减小而急剧下降的原因,主要是试片表面为磨料粒子“抓伤”形成的凹坑层厚度和电极的银层厚度与试片厚度之比(相对厚度)随试片厚度减小而急剧增大之故。 2．通过对薄片的氧化,烧银和极化条件的研究发现,要获得性能较佳的薄片压电元件。应降低烧银温度和缩短氧化处理时间。3．采用本工作所确定的工艺条件,可获得d31值达300×10-12C／N左右、厚度为0．1mm的薄片压电元件。     

自准直仪非线性误差补偿方法的研究

自准直仪角度测量方法基于正切原理,测量灵敏度会随着角度变化而变化,测量原理存在非线性误差。本文针对在自准直仪设计的系统时将测量原理进行线性化,并对非线性误差进行了补偿的方法提出了解决和研究的方法。     

迟滞与蠕变耦合压电系统的建模及补偿方法

为了准确地描述压电驱动定位平台复杂的非线性特性,在经典Hammerstein结构模型基础上串联分数阶算子,提出了一种耦合迟滞、动力学和蠕变的非线性数学模型。其中该模型的蠕变、迟滞非线性特性分别采用分数阶算子和PI模型来描述;机械动力学特性使用二阶离散传递函数表示。此外,考虑了耦合模型的参数辨识问题,并通过压电驱动定位试验平台对所提耦合模型进行了验证。在1～100 Hz的正弦波输入电压信号作用下,与不考虑蠕变特性的Hammerstein结构模型相比,该耦合模型在均方根误差指标降低了27%以上,相对误差指标下降了约50%。该试验结果充分表明了所提耦合模型的有效性。在模型建立的基础上设计了逆蠕变和迟滞模型对系统进行前馈补偿,并结合PID控制算法对系统的性能进行调节。仿真结果验证了该复合控制方案在低频和混合频率输入信号下具有良好的跟踪效果。     

基于三段PI模型的压电驱动器迟滞补偿方法

迟滞非线性降低了压电陶瓷驱动器对期望位移的跟踪精度,为解决该问题,本文通过二次规划寻优算法,基于最小均方误差准则,以压电陶瓷驱动器的运动速度规律为依据,对压电陶瓷运动速度规律不同的迟滞段分别进行PI建模.建模结果表明,相较于传统PI模型,本文提出的三段PI模型能精确地描述压电陶瓷迟滞曲线的非奇对称性.在对压电陶瓷三段PI建模的基础上,计算出压电陶瓷三段PI逆模型的阈值向量与权系数向量.通过建立的三段PI逆模型对压电陶瓷进行迟滞补偿控制,实验结果表明,与传统PI逆模型迟滞补偿控制相比,三段PI逆模型迟滞补偿控制方法将压电陶瓷对期望位移的跟踪精度提高了81.3%.     

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s~2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。     

参数激励非线性压电梁的振动稳定性

研究了参数激励压电梁的振动稳定性,考虑非线性阻尼的影响,采用Hamilton变分原理推导结构运动方程,采用多尺度法求解稳态响应幅值。通过数值算例分析了电压、轴向力以及非线性阻尼等因素对定常解稳定性的影响。通过分析可见,外加电压与压电层上下表面电势差的差值△V主要影响自变量σ／ω的取值区间,对定常解的稳定性影响较小;梁所承受的轴力越小,定常解稳定区间越大;非线性阻尼的常数项和二次项系数越大,定常解稳定区间越大。