为了减少压电驱动器迟滞非线性, 提高微系统的定位精度, 该文设计了基于自适应逆控制的压电驱动电源。选用型号TMSF320F28335的数字信号处理(DSP)芯片, 对信号调节器、前级DC-DC的Boost升压电路和后级DC-AC的单相全桥逆变电路进行设计分析。在CCS6.0软件开发环境下进行编程, 实现了SPWM驱动信号的生成、对位移信号进行AD采样和Prandtl-Ishlinskii自适应逆模型的功能。为了验证所设计的压电驱动电源的自适应控制性能, 采用压电陶瓷驱动器开展了基于自适应逆的驱动控制实验。结果表明, 在不采用控制的条件下, 1 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移均方根误差(RMSE）为3.239 5 μm, 绝对值平均误差(MAE）为2.985 1 μm; 随着频率的增加, 20 Hz时RMSE、MAE的最大值分别为21.402 9 μm、19.306 2 μm。使用基于自适应逆控制的压电驱动电源, 1 Hz时RMSE为0.324 9 μm, MAE为0.265 6 μm; 20 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移RMSE为12.639 μm, MAE为11.956 1 μm。

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性, 影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制, 采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先, 采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型, 通过最小二乘法辨识PI模型的参数; 其次, 基于PI模型的可逆性, 求解PI逆模型参数; 最后, 验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据, 在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%, 最大误差为2.45%; 在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%, 最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的, 能够有效地控制快速微摆反射镜。

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模, 并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识, 模型预测误差为0.037 9 μm。接着, 通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制, 从而有效减小磁滞误差, 补偿控制误差为0.309 μm。实验结果证明, PI模型可以精确描述GMA磁滞现象, 且具有计算简单, 磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差, 提高GMA实时驱动定位控制精度, 是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。