【摘要】：壓電陶瓷致動的微納米定位操作平臺簡稱壓電微定位平臺,具有響應速度快,位移分辨率高,可重復操作性強等優(yōu)點,在微觀的測量與操作,精密的定位控制場合被廣泛應用,成為推動尖端科技實現(xiàn)的技術(shù)攻堅。由于本身結(jié)構(gòu)及材料特性,壓電微定位平臺的輸入電壓與輸出位移間呈現(xiàn)嚴重的遲滯非線性,該特性會降低其在應用中的操作或定位精度,成為系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要原因之一。因此,本文就建立高精度的遲滯非線性模型,設(shè)計有效的控制方案以補償和消除遲滯非線性的影響等方面進行了探索與研究。首先對壓電微定位平臺執(zhí)行器的種類和位移傳動機構(gòu)的工作特性進行了簡要介紹,對已有的遲滯非線性模型及遲滯非線性補償控制策略進行了總結(jié)與研究。給出了在線Krasnosel'skii-Pokrovkii(KP)遲滯模型的離散表達形式,模型的權(quán)值參數(shù)通過自適應線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線辨識得到,此外,對傳統(tǒng)的KP算子進行了改進,使其包含了可以描述蠕變特性的函數(shù),以提高KP遲滯模型的建模精度。最后以一種壓電陶瓷二維微定位平臺為被控對象,在快速控制原型實驗平臺上對KP遲滯模型在線描述壓電微定位平臺遲滯非線性的精度進行了驗證與分析�；贙P遲滯模型可以實時的在線描述遲滯非線性的特性,設(shè)計了迭代學習前饋控制器對壓電微定位平臺的遲滯非線性進行補償。其特點在于迭代更新控制律是以KP遲滯模型的輸出為依據(jù),且由于遲滯環(huán)的上升和下降階段表現(xiàn)出非對稱性,所以采用不同的迭代更新律求取實際的加載電壓。為了提高定位系統(tǒng)的控制性能,設(shè)計了基于迭代學習前饋控制的整數(shù)階PID復合控制器。在正弦波,三角波,階梯波三種典型的參考位移下,對提出的前饋補償及整數(shù)階PID復合控制的性能進行了位移追蹤實驗的對比與分析,結(jié)果表明,遲滯非線性可以通過迭代學習前饋控制得到有效的補償,且基于迭代學習前饋補償?shù)恼麛?shù)階PID復合控制器可以進一步提高位移追蹤精度�？紤]到遲滯非線性具有非局部記憶特性,其輸出不僅與當前時刻的驅(qū)動電壓有關(guān),也與歷史的輸入電壓和輸出位移有關(guān)系,而分數(shù)階微積分算子本身具有記憶特性和遺傳特性,具有可以記錄函數(shù)在一段時間內(nèi)的全部信息的優(yōu)點,這與遲滯非線性特性極為相似。鑒于此,設(shè)計了一種基于迭代學習前饋補償?shù)姆謹?shù)階PID復合控制方案。在上述三種典型參考位移信號下,進行對比試驗,結(jié)果表明,相對于整數(shù)階PID復合控制而言,分數(shù)階PID復合控制具有較快的調(diào)整速度和較小的位移誤差,可以進一步消除遲滯非線性的影響。針對分數(shù)階PID復合控制方法待調(diào)參數(shù)多的缺點,本文提出了一種分數(shù)階自適應控制方案來消除遲滯非線性對定位精度的影響,其控制律利用了KP遲滯模型的當前輸出及前兩時刻的位移輸出,控制過程中涉及的系統(tǒng)參數(shù)可通過在線辨識獲得。在不同形式及不同頻率參考位移下對此控制方案進行驗證與分析,結(jié)果表明,所提出的分數(shù)階自適應控制器可以更加有效的消除遲滯非線性,提高壓電微定位平臺位移追蹤控制精度。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

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本文編號：2559829