压电陶瓷执行器位移高精度控制方法的研究

【摘要】随着微电子机械系统（MEMS）技术的发展，微观世界的微米和纳米技术成为人们关注的话题。在微电子，光纤通讯，精密加工等领域都迫切需要精度高、稳定性好的微纳米驱动器。压电陶瓷（PZT）是一种新型功能材料，是一种理想的微驱动器，具有响应速度快、体积小、驱动力大和精确度高等优点，因而被广泛应用在微纳米技术和驱动系统领域。然而压电陶瓷自身存在的迟滞等特性，会严重影响微米和纳米驱动系统的优良性能，这也是目前国内外微位移定位领域亟待解决的问题。本文首先对压电陶瓷及其执行器的发展概况进行了简单的介绍，讨论了压电陶瓷材料的研究历史和研究现状，分析了压电陶瓷执行器以及迟滞非线性的控制方法，对压电陶瓷执行器的动态迟滞建模及控制方法和研究现状进行了总结。为实现对压电陶瓷执行器输入输出迟滞非线性的精确控制，本文采用Duhem模型作为压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型。分别利用递推最小二乘算法和梯度下降算法对迟滞模型的参数进行辨识，并建立其迟滞模型。在Duhem正模型的基础上建立了压电陶瓷执行器的Duhem迟滞非线性逆模型，并利用所建立的迟滞逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷执行器进行前馈开环控制，达到了较好的控制效果。为进一步提高压电陶瓷执行器的控制精度，在开环控制的基础上增加了PID控制，进行了逆模型前馈的PID反馈控制实验，进一步提高了压电陶瓷执行器的控制精度。对自适应控制和滑模变结构控制方法进行了分析，利用自适应与滑模变结构控制相结合的方法对压电陶瓷执行器的迟滞非线性进行控制，设计了自适应滑模变结构复合控制方案，并进行了仿真实验，与其逆模型前馈PID反馈控制方案进行对比，结果表明自适应滑模变结构的复合控制方案能够对压电陶瓷执行器的迟滞非线性进行更为精确的控制。
【作者】王婧媛；
【导师】周淼磊；
【作者基本信息】吉林大学，系统工程，2014，硕士
【关键词】压电陶瓷执行器；迟滞非线性；Duhem模型；自适应滑模变结构控制；

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