基于Preisach逆模型的压电陶瓷执行器迟滞补偿控制

为解决迟滞非线性对压电陶瓷执行器的影响,提出了基于Preisach逆补偿的闭环控制策略,利用考虑了擦除特性的分类排序方法实现了迟滞的Preisach逆模型,通过Preisach逆模型串联补偿降低迟滞作用的影响,并在逆模型前串联PI控制器,通过闭环控制抑制未能完全补偿的迟滞非线性,进而提高系统的控制精度,平均绝对误差下降到0.025μm.实验表明,基于Preisach逆补偿的迟滞补偿控制策略具有良好的控制性能.     

微纳米压电陶瓷驱动器的迟滞特性建模

为了高精度地测量微纳米压电陶瓷的驱动特性,研究了一种基于最优模板尺寸的改进图像块匹配位移测量算法;结合Preisach模型,建立了压电陶瓷驱动器迟滞特性模型.首先,研究了不同模板尺寸对位移测量精度的影响,得到了基于标准模板的最优模板尺寸;然后,介绍了Preisach模型用于压电陶瓷驱动器迟滞建模的原理;最后,使用纳米平台系统验证了改进的亚像素模板匹配算法和迟滞特性建模方法的有效性和准确性.     

微纳米压电陶瓷驱动器的迟滞特性建模

为了高精度地测量微纳米压电陶瓷的驱动特性,研究了一种基于最优模板尺寸的改进图像块匹配位移测量算法;结合Preisach模型,建立了压电陶瓷驱动器迟滞特性模型.首先,研究了不同模板尺寸对位移测量精度的影响,得到了基于标准模板的最优模板尺寸;然后,介绍了Preisach模型用于压电陶瓷驱动器迟滞建模的原理;最后,使用纳米平台系统验证了改进的亚像素模板匹配算法和迟滞特性建模方法的有效性和准确性.     

一种新广义Preisach迟滞模型及其神经网络辨识

研究压电陶瓷执行器应用于纳米定位系统时,其多值映射的迟滞特性对系统定位控制精度影响.在经典Preisach模型的基础上,引入平均迟滞函数,提出了一种新广义Preisach迟滞模型,并利用神经网络对新广义Preisach模型关键参量辨识.仿真实验表明,利用该迟滞模型对压电陶瓷执行器建模,可以简化建模过程,提高建模精度.     

Preisach逆模型补偿的压电陶瓷执行器自适应滑模控制

为了降低压电陶瓷执行器迟滞特性对纳米定位平台精度的影响,利用Preisach逆模型补偿迟滞特性,并针对逆模型未能完全补偿的迟滞特性、模型参数的不确定性以及其他扰动设计了自适应滑模控制律.仿真实验结果表明,与普通滑模控制器以及逆补偿PID控制器相比,逆补偿的自适应滑模控制器提高了定位系统的跟踪精度,对系统不确定性和外界扰动有较强的鲁棒性.     

基于不对称指数函数迟滞逆算子的压电陶瓷 执行器动态Preisach迟滞逆模型

迟滞非线性严重影响了压电陶瓷执行器纳米定位系统的定位精度,为补偿它的不良影响,提高系统的控制精度,开展了基于压电陶瓷执行器迟滞非线性的逆模型研究. 根据不对称指数函数迟滞算子构造动态Preisach逆模型,利用神经网络完成辨识. 运用若干组实验数据检验此逆模型的有效性,结果表明,加入历史输入位移值得到的神经网络输出电压与实际给定的电压之间的偏差明显减小,最大偏差值由原来的16V减小到不超过6V,性能得到明显改善.     

基于Preisach逆模型的迟滞非线性系统自适应滑模控制

针对压电陶瓷的迟滞特性严重影响了精确定位或跟踪系统的精度,提出了基于Preisach逆模型的前馈补偿滑模自适应控制。为了避免逆模型的精度受原迟滞模型精度的影响,采用逆模型前馈补偿方法。逆模型前馈补偿不依赖于原模型的精度,同时可获得补偿电压,从而减弱迟滞特性;应用了自适应滑模控制方法,减小跟踪误差,并利用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器可保证系统全局渐进稳定。最后在Matlab环境中进行仿真。仿真结果表明,系统能够很好地跟踪期望输出,减小跟踪误差,验证了控制方案的有效性。     

Preisach迟滞模型分类排序法的神经网络实现

针对非线性系统的迟滞特性开展建模研究,提出了一种Preisach模型分类排序法的神经网络实现方法,据此对压电陶瓷执行器纳米定位系统的迟滞非线性进行建模. 兼顾到迟滞的擦除特性和建模的精确度,建立BP神经网络求取收缩函数,避免了插值法求收缩函数值带来的插值误差. 实验结果表明,神经网络分类排序实现方法有效提高了Preisach模型的精度,减小了模型的误差.     

多压电驱动器系统迟滞和蠕变前馈补偿控制

压电驱动器具有迟滞和蠕变等非线性特性,影响定位精度和限制系统性能。提出一种同时补偿多个压电驱动器迟滞和蠕变的控制方法。通过基于模型的开环控制补偿实现单个压电驱动器的线性化,将含有多个补偿后线性化压电驱动器的系统视为线性系统,应用叠加原理构建影响系数矩阵描述压电驱动器间的耦合效应。在前馈通路串联影响系数逆矩阵与多个线性化压电驱动器实现系统开环补偿控制。实验结果表明在阶梯形信号作用下,多压电驱动器系统的迟滞和蠕变特性同时显著减小,表明开发的前馈补偿控制方法在准静态应用中是有效可行的。     

基于前馈控制的压电单轴实时位移控制系统

为满足微细加工、超精加工等的实时性、精度要求,基于前馈复合控制,提出一种压电单轴精密位移的嵌入式实时控制系统.建立了压电致动器的阶跃响应模型、迟滞特性的Preisach及逆模型.采用Preisach逆模型作为前馈控制环节、比例积分控制作为反馈环节,设计前馈复合控制器.研制了基于S3C2410控制器的压电单轴实时位移控制系统.测试表明:阶跃响应稳态误差小于0.15 μm,调节时间约1.2 ms,超调量约10％;正弦响应误差为-0.41～0.45 μm,在±1.5％以内;该系统能满足多个领域的实时精确控制要求.     

基于磁滞预测模型的GMA精密位移控制方法与实验研究

针对一种基于超磁致伸缩材料的直动型执行器,用经典Preisach理论建立其磁滞预测数值模型.采用Lagrange双线性插值法显著提高了该模型的预测精度;提出了一种Preisach模型的实时数字补偿算法,在静态及准静态情况下解决了直接求取Preisach逆模型的难题.建立了基于Preisach前馈补偿模型的PID控制算法,实验验证了该方法相对于开环控制和普通PID不仅能够显著提高GMA位置跟踪能力,同时也提高了GMA的定位控制精度.     

音圈电机推力迟滞特性研究

为实现音圈电机推力的精确控制,基于Preisach模型对音圈电机的推力迟滞特性进行了建模,构建了音圈电机的推力迟滞逆模型,并设计了开环逆补偿器,对有逆补偿器和无逆补偿器的音圈电机进行了推力特性试验.结果表明,有逆补偿器的音圈电机推力迟滞环明显小于无逆补偿器的音圈电机.且有逆补偿器的音圈电机推力最大绝对误差为0.2 N,相对误差基本维持在3%以内.无逆补偿器的音圈电机推力最大绝对误差达到了0.75 N,相对误差变化较大,补偿后推力绝对误差最大降低了73%.      

Active disturbance rejection control for precise position tracking of piezoelectric actuators

Positioning with high precision piezoelectric actuators is widely used.To overcome positioning inaccuracy caused by hysteresis and creep of actuators,a precise tracking method for piezoelectric actuators using active disturbance rejection control(ADRC) has been proposed in this paper.This method,in real-time,actively estimates and compensates parameter uncertainties,nonlinear factors such as hysteresis,and external disturbances in the tracking system.Precise tracking of the piezoelectric actuator can be achieved without any form of feedforward compensations.The experimental results demonstrate that the active disturbance rejection controller can reduce tracking errors by over90%comparing with those using the PID controller.Those features of the proposed control method are very suitable for applications in adaptive optics.     

基于压电迟滞对称性的线性微位移控制作动器

针对目前压电微位移控制系统中普遍存在的模型非线性、系统复杂或不稳定等缺点,提出了一种基于压电迟滞对称性及单向单回路循环的微位移线性控制系统。 首先利用压电迟滞效应中回路正调曲线与逆调曲线之间的轴对称性质,使二个性能一致的压电位移作动器位于回路的对称点,其迟滞非线性效应得 以相互抵消,从而使其总的位移输出与输入驱动电压呈线性关系;其次,在控制策略的选择上,为避免因次级回路的出现而导致的复杂性与不稳定性,并保证压电系统的输出精度,位移调节过程中仅采用一个确定的主回路,且二个位移作动器均按此主回路的单向逆时针方向调节;依据所提出的模型和算法,进行了实验验证,并对误差进行了分析与补偿;结果表明模型位移输出精度达到 nm 级,最大误差 15 nm,平均误差约 0 nm;同时该模型还具备结构简单、计算量小、易于实现、输入与输出为线性关系等优点。     

无刷直流电机模糊PI智能控制

在分析无刷直流电机数学模型的基础上，建立了控制系统的仿真模型，提出了一种新型的模糊PI智能控制方法，在无刷直流电机双闭环调速系统中，电流控制采用滞环电流调节器，而转速控制通过采用常规PI控制和模糊控制相结合的方法实现，基于System Generator的仿真结果表明：这种新型的模糊PI智能控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好，较传统PI控制具有更好的动、静态特性。     

一种新的动态矢量Preisach磁滞模型

基于Mayergoyz等的非线性Preisach模型，通过该模型在各个方向上进行矢量迭加，并通过在Preisach分布函数中引入与输出变化速度相关项，导出了一个新的动态矢量Preisach磁滞模型．分别从二维、三维情况下分布函数的有限傅立叶展开式出发，通过引入沿测试方向的弛豫时间，推出了二维、三维情况下新模型中分布函数的数学表达式．新的磁滞模型能较好地描述磁化过程的动态矢量可逆行义及材料的各向异性特性，还可以描述任意阶的微小回线变化规律．     

四旋翼姿态的反步滑模自抗扰控制及稳定性

为了解决四旋翼无人机姿态控制中存在的问题,设计了一种基于反步滑模自抗扰姿态控制器.首先,介绍了四旋翼无人机的动力学模型,建立了基于反步滑模自抗扰控制算法的姿态控制方案.控制方案构成主要包括扩张状态观测器及基于Lyapunov稳定性分析的反步滑模控制器.稳定性分析表明,通过合理调整参数可以保证控制系统是渐近稳定的.仿真结果表明,所设计的控制器同经典自抗扰控制器相比,对扰动有较强的抑制能力,提高了自适应性和鲁棒性,表明该控制系统具有更好的稳定性和动态性能,对四旋翼姿态控制更加有效.