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。     

压电微动平台的改进PID控制

为使压电微动平台具有良好的静动态特性,即响应快,超调量小,无振荡及稳态误差小,采用比例、积分、微分(PID)控制法来对其进行定位控制。将常规PID控制中积分环节的矩形积分改进为梯形积分,以提高压电微动平台的控制精度;采用微分分离法对常规PID控制中的微分环节进行改进,以使压电微动平台在具有良好稳定性的情况下,具有很快的响应速度。实验验证了压电微动平台改进PID控制的有效性,结果表明,压电微动平台对4μm阶跃参考位移的响应时间为0.05s,输出略有超调,但无振荡,且稳态误差几乎为0;在变幅值三角波及任意波形参考输入作用下,压电微动平台的输出可很好地跟踪输入。     

压电微动平台的极点配置PID控制

为提高压电微动平台的位移输出精度,设计极点配置比例、积分、微分(PID)控制器对其进行控制。首先,在对压电执行器进行电学特性、机电特性分析的基础上,建立了压电执行器的数学模型;其次,在对平台进行受力分析、运动分析的基础上,建立了平台的动力学模型;然后,在保持平台极点虚部不变,且将系统闭环阻尼比取为1的情况下,将平台极点沿着平行于实轴的方向平移,设计出平台的PID反馈控制器;最后,实验验证了所设计控制器的有效性。实验结果表明,所设计的控制器可使平台具有较快的响应,在不考虑传感器噪声水平的情况下,平台在控制系统作用下的定位误差基本为0。     

多层压电执行器输出位移的模糊神经元PID控制

为了提升压电执行器输出位移的性能,该文采用模糊神经元比例、积分、微分(PID)控制器对其输出位移进行控制。首先,分析了压电悬臂梁执行器机电特性,搭建其动力学模型;其次,将模糊算法、神经元、PID三者相结合,设计出一种能快速、精确、抗干扰能力强的控制器;最后,对压电悬臂梁执行器控制系统进行了仿真,并通过实验验证了该控制器的性能。结果表明,压电执行器对5 μm阶跃目标位移的响应时间为0.3 s,且无超调,稳态误差中线由无控制时的0.57~0.66 μm减小为几乎为0;在跟踪由正弦信号、常值信号、斜坡信号所组成的目标位移时,跟踪误差几乎为0。该文所设计控制器可消除压电执行器的定位误差,并使其具有抗干扰能力强,响应迅速,无超调量等优点。     

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。     

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。     

压电陶瓷驱动平台的复合控制方法研究

压电陶瓷驱动平台的迟滞非线性影响其定位精度,并降低原子力显微镜等微纳操纵系统对微纳米尺度样品的扫描成像质量。采用最小二乘法对压电陶瓷驱动平台的迟滞特性进行建模,避免了繁琐的迟滞模型求取过程;提出前馈控制与自抗扰控制相结合的复合控制方法,通过设定扩张观测器的带宽及系统控制带宽达到消除迟滞、提高平台定位精度的目的。实验结果表明,该复合控制方法在保证系统稳定性的前提下能有效地提高系统定位控制精度。     

基于专家PID控制的微波加热功率主动控制方法

针对现有微波功率控制方法存在的过渡时间长,稳定性差等问题,提出微波源功率专家比例积分微分(PID)主动控制法,在防止出现"热失控"的前提下,根据物料的介电特性、反射功率等先验知识,建立专家控制规则库,将控制规则预存于控制器,解决微波加热过程实时控制难,控制精确度差等问题。仿真实验结果证明,专家PID控制比经典PID控制达到稳态的用时节约70%,效率提高89%,精确度提高87%。     

基于Buck电路的压电陶瓷脉冲驱动电源研究

为提升传统压电陶瓷驱动电源的效率与动态性能,以双N型金属 氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）降压拓扑为基础,设计了一种新颖的压电陶瓷脉冲驱动电源方案,并进行了理论分析与实验验证。电源系统中主电路对输入高压进行降压调节,采样网络实时地检测压电陶瓷的驱动电压与电流,通过闭环控制对输出电压进行调节。同时,为使压电陶瓷驱动电源具有良好的自动调节能力,引入了模糊比例 积分 微分(PID)控制算法,提高了驱动电源的动态性能。     

基于PID方法的自动增益控制

在20 ns低抖动的无线同步脉冲传输的试验中,发现包络检波的解调方法虽可以完成脉冲传输功能,但是由于接收功率的变化,会造成脉冲抖动。采用自动控制理论中比例-积分-微分(PID)控制方法实现自动增益控制,令检波功率趋于稳定,进而减小脉冲抖动。通过仿真验证了本文方法的有效性。     

压电陶瓷工作台的自校正PID控制

为了提高压电陶瓷驱动的精密工作台的定位精度,提出了一种基于自校正理论的PID控制方法.分析了工作台的动态迟滞模型,辨识了工作台的参数,设计了自校正PID控制算法.实验结果表明,与传统PID控制器相比,定位精度有了较大提高,相应速度得以加快,有效改进了工作台的性能.     

Integral Resonant Control of a Piezoelectric Tube Actuator for Fast Nanoscale Positioning

There is a need, in the wide ranging scientific community, to perform fast scans using scanning tunneling microscopes (STMs) and atomic force microscopes (AFMs) with nanoscale precision. In this paper, a piezoelectric tube of the type typically used in STMs and AFMs is considered. The resonant mode that hampers the fast scanning is identified and damped using a feedback control technique known as integral resonant control (IRC). The piezoelectric tube is then actuated to perform fast and accurate scans. IRC is a new feedback control technique suitable for damping highly resonant structures. Here, the IRC control technique is suitably modified to damp the resonance of a piezoelectric tube and achieve fast tracking of a wideband set point.     

基于钝化微分的压电微动平台PID控制

为避免压电微动平台在工作过程中受到扰动或冲击,采用改进比例、积分、微分(PID)控制器对其进行控制。首先,在平台的PID控制器中引入低通滤波器,以降低微分环节对扰动或冲击的敏感性(即使微分环节对扰动或冲击产生钝化效应),进而设计出了压电微动平台的改进PID控制器;接着,基于所搭建的压电微动平台位移测量系统,实验验证了所设计的钝化微分PID控制器的效果。实验结果表明,在钝化微分PID控制作用下,平台具有较快的响应,达到5μm阶跃目标的响应时间为0.3s,无超调;平台的定位误差显著减小,在跟踪最大值为15.25μm的变幅值三角波时,定位误差中线由无控制时的-0.7～1.2μm减小为-0.1～0.1μm。     

PID控制系统抗饱和方法的对比研究

PID控制作为一种常用的控制策略而被广泛应用于各种实际控制系统中。现实中的控制系统都会遇到执行机构饱和问题。PID控制器中的积分作用会导致系统进入饱和区而不能及时退出,造成系统控制性能恶化。众多学者提出了各种解决PID抗饱和问题的方法。本文通过对状态观测法、条件技术、增量算法、抗积分饱和算法、条件积分法、变结构PID控制6种方法进行仿真与比较,表明条件技术具有比较好的抗饱和效果。     

超声压电马达矩形复合板振子的耦合振动分析

以矩形复合平板为对象，根据弹性薄板理论，确定复合板的等效弹性常数，导出复合平板的弯曲振动方程；并利用表观弹性法，建立了振子共振频率的简单解析表达式。由于计算方法简单，所以这种方法可供科研及工程设计人员参考     

行波型超声电机速度测控系统的研究

研制了一种行波超声电机速度的计算机测试控制系统。实验结果表明，该控制系统可以准确测试本中心研制的φ45mm压电行波型超声电机的启动关断性能，并解决了压电行波型电机由于长时间运转发热产生谐振频率漂移导致电机转速下降的问题，能进行频率跟踪，从而保持电机转速的稳定。     

压电陶瓷致动器控制系统研究

为满足快刀伺服系统的控制需要,设计了一种压电陶瓷致动器控制系统,单片机接收到计算机的控制命令后,控制D/A转换器输出相应控制电压信号,并通过高压运放PA96将该信号线性放大,实现对压电陶瓷致动器的控制。对该系统进行驱动控制实验,结果表明系统具有精度高、结构简单、功能可靠的特点。