基于壓電陶瓷遲滯非線性建模及控制系統的研究.pdf

1、隨著科技的深入發(fā)展和人類研究領域的不斷探索，操作對象已從宏觀領域深入到微觀領域。在超精密加工，精密測量等高精度操作中，需要達到納米級的精度，而且對系統動態(tài)性能的要求也越來越高。
　　 壓電陶瓷微位移器具有體積小、輸出力大、位移分辨率高、頻響高、無噪聲、不發(fā)熱等特點，因此成為一種理想的微納米驅動元件。但是，電壓驅動的壓電陶瓷存在遲滯等引起的非線性，給壓電陶瓷的實際應用帶來了困難。針對上述問題，本文采用理論和實踐相結合的研究方法，從

2、壓電陶瓷的微觀極化出發(fā)，建立壓電陶瓷的遲滯數學模型，并在此基礎上對壓電陶瓷的遲滯非線性控制進行深入研究。
　　 通過從微觀角度對壓電陶瓷的極化機理分析，并應用電疇轉向理論以及熱力學理論解釋遲滯現象。根據壓電陶瓷的遲滯特性，建立壓電陶瓷靜態(tài)遲滯數學模型。該數學模型可以精確描述壓電陶瓷的靜態(tài)遲滯特性，為壓電陶瓷靜態(tài)遲滯控制方法的研究提供模型，為研究壓電陶瓷動態(tài)系統伺服控制打下基礎。
　　 針對壓電陶瓷靜態(tài)遲滯特性，詳細論述了

3、壓電陶瓷驅動器靜態(tài)遲滯模型參數的辨識方法，并設計壓電陶瓷逆控制系統。針對逆控制方法對模型精度依賴性強的問題，為了進一步提高系統的控制精度，在逆控制的基礎上引入前饋PID控制。實驗結果表明該控制方法具有較好的跟蹤精度，遲滯減少至0.5％以內。
　　 針對壓電陶瓷驅動器的動態(tài)遲滯特性，基于壓電陶瓷機電耦合原理，結合實際遲滯曲線分析，進行推導得到了壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型。該壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型包含線性部分和非線性部分，首先根據壓電陶瓷驅

4、動器的頻域特性實驗，對壓電陶瓷動態(tài)遲滯模型的線性部分進行建模，在此基礎上結合實驗結果，進一步給出了不確定參數的變化范圍，最終確定壓電陶瓷驅動器的動態(tài)遲滯模型。
　　 基于壓電陶瓷驅動器的動態(tài)遲滯模型，提出基于LMI的Smith預估控制方法，該控制方法不僅體現了Smith預估器的優(yōu)點，而且還能減小系統的不確定性對閉環(huán)控制系統的影響，便于物理實現。采用該方法對壓電陶瓷的動態(tài)遲滯非線性進行控制補償，控制效果較好。
　　 理論研