基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256 μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092 μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164 μm。     

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构（Fast Steering Mirror,FSM）的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii（PI）模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器（Piezoelectric Actuator,PZT）迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法（Adaptive Differential Evolution,ADE）对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。     

压电陶瓷迟滞逆模型的前馈PID控制

为减小压带陶瓷迟滞特性对系统跟踪精度的影响,在Preisach模型的基础上对压电陶瓷迟滞性进行建模。借助Matlab软件对实验数据进行拟合和采用逆控制思想,在迟滞逆模型的基础上提出前馈PID(即比例、积分、微分)控制算法。实验结果表明,压电陶瓷最大迟滞性控制在2.2%内,输入、输出具有较好的线性关系,带前馈的PID控制具有良好的控制性能。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15μm的范围内,最大拟合误差小于0.2μm;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12nm,表明该复合控制方法的有效性。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15 μm的范围内,最大拟合误差小于0.2 μm ;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12 nm,表明该复合控制方法的有效性。     

采用变间隔阈值PI模型的压电平台前馈控制

为提高压电微动平台在运动过程中的定位精度,设计前馈控制器来控制平台输出位移。首先,根据压电微动平台迟滞曲线的特点,在不降低模型精度要求的前提下,对迟滞曲线非线性较大区域进行细密划分,对线性较好区域进行稀疏划分,进而建立了变间隔阈值的平台Prandtl-Ishilinskii(PI)迟滞模型;接着,通过对所建平台迟滞模型求逆,给出了平台的前馈控制算法;最后,将所设计的前馈控制器作用于平台,对其进行了实际控制。结果表明,在4μm的目标阶跃激励下,平台的响应时间为0.01s,无超调,稳态误差中线从无控制时的0.4~0.5μm减小为0~0.2μm;在最大值为20.7μm的幅值衰减三角波输入作用下,平台定位误差中线的最大正负差值从无控制时的3.82μm减小到1.15μm。所设计的控制器可有效减小压电微动平台的迟滞误差。     

压电偏摆台的复合控制

由于压电陶瓷具有迟滞效应,为了更好地控制压电偏摆台,减少迟滞效应对控制系统的影响,首先通过坐标变换对偏摆台建立了Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,然后求解其逆模型,并设计前馈控制器,使输入、输出角度间具有较好的线性关系。最后在此基础上进行比例-积分-微分(PID)反馈控制,构成复合控制系统,大幅度提高了定位精度。实验结果表明,最大定位误差为2.2μrad,具有良好的控制效果。     

基于几何法求解PI逆模型参数

压电陶瓷驱动的快速反射镜具有优良的动态性能,能够满足高精度定位的任务需求,但其固有的迟滞特性严重影响了其性能的进一步提高。基于PLAY算子的迟滞数学模型具有结构简单、便于数学求解、模型精度较高的优点,但模型参数需要通过系统辨识得到,并且其逆模型参数辨识存在物理量不易获得、误差较大的不利条件。利用几何法,提出了一种求解PI逆模型参数的算法。实验证明该算法动态性能好、模型精度较高,同时基于该算法的PI逆模型前馈控制较好地解决了压电陶瓷驱动的快反镜迟滞效应补偿问题。     

基于PI逆模型的压电执行器复合控制

在利用腔衰荡光谱技术分析痕量气体时,压电陶瓷执行器常用来调节光学谐振腔的长度。为了提高压电陶瓷执行器的定位精度,针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对执行器迟滞进行建模,分别采用最小二乘法和梯度下降法对模型参数进行辨识,同时,由于执行器迟滞曲线的非对称性,针对上升和下降过程分别进行辨识。结果表明,相比于最小二乘法,梯度下降法辨识的模型参数能更好地拟合执行器实际迟滞曲线,平均绝对误差减小了67.6%。设计基于PI逆模型的复合控制方法,并进行实验验证,采用在线参数辨识来实时更新模型参数。试验结果表明,在正弦波和三角波信号输入下,执行器的平均跟踪误差分别为0.035μm和0.028μm,该复合控制法可有效提高执行器定位精度。     

压电式微定位机构及其控制系统的研究

研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位机构，给出了机构的动力学模型。结合检测装置和微机控制系统，设计并研制了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位系统。实验表明，微定位系统定位行程可达100μm，定位分辨力0．01μm。     

基于DSP控制的电压型PWM整流器

根据PWM整流电路的工作原理,分析了PWM整流控制方式,采用滞环电流控制方式,以TMS320F2812为控制器组建了电压型PWM整流器双闭环自动控制系统。实验结果表明,该系统具有良好的静态、动态性能。为设计PWM整流器提供了一定的理论依据。     

基于滞环电流控制的串联型双Buck逆变器

为了使分布式发电系统更有效更稳定地利用自然资源,文章提出了一种适用于风光发电系统(WPGS)的逆变器模型,它由两个双Buck结构串联组成。通过理论分析和模型仿真研究了该逆变器的工作过程。系统由电压外环和电流内环调节输出电压和输出功率,滞环电流控制消除了斜坡交截SPWM控制所需的的偏置电流,提高了效率,增强了系统稳定性。仿真结果表明该逆变器具有克服桥臂直通的优点,可以在两输入电压不稳的情况下为负载提供稳定的电压,具有一定的实用价值。     

压电执行器非线性控制方法研究进展

压电执行器在微驱动和微定位领域应用广泛,但压电执行器在输入电压和输出位移间存在着迟滞非线性。非线性的存在使压电执行器定位精度降低,动态响应速度变慢,是其工程上进一步应用的主要障碍。减小和消除迟滞非线性成为实现高精度控制的关键。总结了近年来国内外在减小和消除压电执行器迟滞非线性方面上的研究工作,并指出当今研究的热点及未来研究的方向。     

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％。     

基于电荷控制压电陶瓷驱动方法的研究进展

压电陶瓷驱动器在电场作用下将产生迟滞和蠕变。从而降低其定位精度。采用电荷控制可以减小位移迟滞和蠕变。该文从电流源电荷反馈和电压源电荷反馈两个角度，总结国内外各种电荷控制方案，进而提出应该优先选用电流源驱动压电陶瓷，并根据应用场合不同选择相应电荷控制方法的结论。     

三相PWM整流器滞环空间矢量控制的研究

本文介绍了三相PWM整流器的一种基于不定频滞环的空间矢量脉宽调制（sVPWM）电流控制方法。该方法结合了滞环电流控制和SVPWM电流控制的优点,在取得快速电流响应的同时又能有效地降低开关频率,提高系统的运行效率。用Simulink模块库建立仿真模型,仿真结果表明了该控制策略的可行性。     

逆变电源两种电流滞环调制方式的比较

文中分析了逆变电源滞环电流控制系统的工作原理,阐述了两种逆变电源电流滞环调制方式的工作模态,通过仿真结果对比了两种调制方式下电路输出的效果,研究结果具有重要的实际意义。