【摘要】：壓電式微操作平臺廣泛應(yīng)用于集成電路制造、醫(yī)療科學(xué)、微機(jī)械制造、光學(xué)處理等前沿領(lǐng)域,要求其具有精度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等性能。由于壓電驅(qū)動器的遲滯現(xiàn)象會使微操作平臺出現(xiàn)非線性問題,嚴(yán)重影響了其運(yùn)動精度和動態(tài)性能,遲滯模型的建立與控制策略研究是微操作平臺亟待解決的關(guān)鍵問題。本文以一維微操作平臺為對象,分別從復(fù)合控制、單神經(jīng)元PID控制、模糊控制三種控制策略進(jìn)行運(yùn)動跟蹤控制研究,主要內(nèi)容如下:建立了壓電驅(qū)動器的遲滯模型。為了提高壓電驅(qū)動器的控制精度,提出一種基于Preisach模型與支持向量機(jī)的聯(lián)合建模方法描述其遲滯非線性特性。采用支持向量機(jī)理論建立壓電驅(qū)動器遲滯環(huán)的回歸模型,結(jié)合Preisach模型可對任意電壓系列的輸出位移進(jìn)行預(yù)測。采用基于交叉驗證的柵格化搜索方法對回歸模型的擬合精度有較大影響的懲罰參數(shù)c和核函數(shù)參數(shù)g進(jìn)行尋優(yōu)。為了說明所建立的模型能精確反映壓電驅(qū)動器的遲滯現(xiàn)象,以壓電驅(qū)動器為對象進(jìn)行實驗驗證分析,驅(qū)動器輸出位移實測值與預(yù)測值之間的相對誤差范圍為0.6%-2.1%,表明所提出的遲滯建模方法是可行和有效的。設(shè)計了復(fù)合控制算法來提高微操作平臺的定位精度。為了解決微操作平臺的遲滯非線性問題,提出一種離散Preisach逆模型與PID相結(jié)合的復(fù)合控制算法。利用Preisach模型與支持向量機(jī)的聯(lián)合建模方法建立平臺遲滯模型,基于該模型采用迭代搜索方法得到離散Preisach逆模型,根據(jù)該逆模型對平臺進(jìn)行前饋遲滯補(bǔ)償。反饋調(diào)節(jié)采用PID控制,以修正由Preisach逆模型與外部環(huán)境引起的干擾所造成的偏差,為了整定PID的參數(shù),采用實驗?zāi)B(tài)方法獲得微操作平臺的傳遞函數(shù)。為了說明所提出的控制方法的可行性,進(jìn)行實驗驗證,實驗結(jié)果表明所提出的控制方法具有較高的控制精度和響應(yīng)快速性。采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單神經(jīng)元PID控制策略對微操作平臺進(jìn)行其運(yùn)動跟蹤控制。復(fù)合控制雖然具有精度高快速性好的優(yōu)點(diǎn),但遲滯建模復(fù)雜,且模型不具有適應(yīng)性,為此提出單神經(jīng)元PID控制策略。利用微操作平臺的動力學(xué)模型確定單神經(jīng)元PID控制連接權(quán)值的初始值。采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器實現(xiàn)對微操作平臺的梯度信息進(jìn)行在線辨識,獲得PID連接權(quán)值在線調(diào)整信息。采用單神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法完成PID參數(shù)的在線自整定,實現(xiàn)微操作平臺自適應(yīng)運(yùn)動跟蹤控制。實驗結(jié)果表明,基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單神經(jīng)元PID的位移誤差范圍分別為[-0.5~0.5]μm,調(diào)整時間分別為0.1 s,說明所提出的控制方法具有較好的控制精度和響應(yīng)快速性,并具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。提出了基于模糊控制的微操作平臺位置精度補(bǔ)償方法。針對壓電式微操作平臺的動態(tài)遲滯特性,提出一種基于模糊控制策略的位置精度補(bǔ)償方法,以擺脫對遲滯模型的依賴。以一種一維壓電式微操作平臺為對象,以平臺的位置偏差與偏差變化率為模糊輸入,壓電驅(qū)動器輸入電壓變化量為模糊輸出,提出一種基于PID控制的實驗數(shù)據(jù)獲取經(jīng)驗制定模糊規(guī)則的方法。為了說明所提出的位置精度補(bǔ)償方法的可行性,分析平臺分別跟蹤不同頻率正弦信號的位置誤差,實驗結(jié)果表明,所提出的模糊控制方法在跟蹤10Hz信號時具有更高的位置跟蹤精度和更快的跟蹤速度,并具有較好的自適應(yīng)性。
【圖文】：

PID 算法是一種較為成熟的控制算法，憑借表達(dá)式簡單、適應(yīng)性好、易于實現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，有些科研人員將PID 用于微操作平臺的運(yùn)動控制中。圖1.1 微操作平臺胡俊峰、郝亞洲等[37]利用 PID 控制一種新型微操作平臺運(yùn)動，平臺原理圖如圖 1.1 所示。建立平臺的傳遞函數(shù)，分別對平臺進(jìn)行開環(huán)與閉環(huán)控制，其頻率響應(yīng)圖表明，在閉環(huán)PID 控制下，平臺的穩(wěn)態(tài)性能得到了提升，響應(yīng)時間減少了。分別對平臺進(jìn)行有無控制器的階躍響應(yīng)實驗，其實驗結(jié)果顯示，調(diào)節(jié)時間分別為 0.96ms 與 1.9ms，超調(diào)量分別為 10.52%與 47.63%。蔡成波、崔玉國等[38]為了提高微動平臺定位過程中的動態(tài)特性，采用改進(jìn) PID算法進(jìn)行控制，修改積分環(huán)節(jié)改為梯形積分，微分環(huán)節(jié)采用分離法進(jìn)行計算，微動平臺如圖 1.2 所示。實驗表明

第一章 緒論5圖1.2 壓電微動平臺位移測試設(shè)備(2)自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制器是一種能夠隨著系統(tǒng)狀態(tài)的改變而自動修改控制器的參數(shù)的控制方法，自適應(yīng)控制器無需知道控制對象的數(shù)學(xué)模型，可以通過在線辨識的方法獲取控制對象的相關(guān)信息，具有自適應(yīng)能力。圖1.3 壓電微動平臺寧波大學(xué)的方凡[39建立了微動平臺的CARMAX 模型，基于該模型設(shè)計了壓電微動平臺的自適應(yīng)控制器，平臺如圖1.3 所示，對平臺施加階躍電壓信號，其結(jié)果顯示，采用CARMAX模型控制與采用 PID 控制平臺的響應(yīng)時間分別為 0.23s 與0.3s。對平臺進(jìn)行三角波電壓信號跟蹤，結(jié)果顯示，在自適應(yīng)控制與PID 控制下
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH703

【參考文獻(xiàn)】

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1 江國棟;王曉東;;基于PI逆模型的壓電執(zhí)行器復(fù)合控制[J];壓電與聲光;2016年04期

2 蔡成波;崔玉國;蔡永根;李勇;;壓電微動平臺的改進(jìn)PID控制[J];壓電與聲光;2016年03期

3 胡俊峰;郝亞洲;徐貴陽;姚錢;;一種新型微操作平臺的精確運(yùn)動控制[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2016年02期

4 劉章文;李正東;周志強(qiáng);袁學(xué)文;;基于模糊控制的自適應(yīng)光學(xué)校正技術(shù)[J];物理學(xué)報;2016年01期

5 楊志軍;白有盾;陳新;王夢;高健;楊海東;;基于應(yīng)力剛化效應(yīng)的動態(tài)特性可調(diào)微動平臺設(shè)計新方法[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年23期

6 王棟;于鵬;周磊;劉柱;董再勵;;基于梯形算子的AFM驅(qū)動器非對稱遲滯性校正[J];儀器儀表學(xué)報;2015年01期

7 鄭含博;王偉;李曉綱;王立楠;李予全;韓金華;;基于多分類最小二乘支持向量機(jī)和改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的電力變壓器故障診斷方法[J];高電壓技術(shù);2014年11期

8 田艷兵;王濤;王美玲;;基于廣義PI逆模型的超精密定位平臺復(fù)合控制[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年02期

9 韓彥彬;白廣忱;李曉穎;白斌;;基于支持向量機(jī)柔性機(jī)構(gòu)動態(tài)可靠性分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2014年11期

10 紀(jì)昌明;周婷;向騰飛;黃海濤;;基于網(wǎng)格搜索和交叉驗證的支持向量機(jī)在梯級水電系統(tǒng)隱隨機(jī)調(diào)度中的應(yīng)用[J];電力自動化設(shè)備;2014年03期

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1 紀(jì)華偉;壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺建模與控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

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1 徐貴陽;基于響應(yīng)面法的微操作平臺設(shè)計與性能綜合[D];江西理工大學(xué);2015年

2 張鴻陽;基于壓電陶瓷驅(qū)動器的平面三自由度微動平臺研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 方凡;二維并聯(lián)壓電微動平臺的自適應(yīng)控制方法研究[D];寧波大學(xué);2014年

4 柴銀剛;基于導(dǎo)納耦合法的高速電主軸－夾具－刀具系統(tǒng)動態(tài)特性分析和銑削穩(wěn)定性研究[D];上海交通大學(xué);2013年

5 劉玲玲;PID參數(shù)整定技術(shù)的研究及應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2010年

6 朱煒;基于Bouc-Wen模型的壓電陶瓷執(zhí)行器的遲滯特性模擬與控制技術(shù)的研究[D];重慶大學(xué);2009年

本文編號：2690887