1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院，上海20620
2 格鲁斯特大学 计算与工程学院，英国 切尔滕纳姆GL50 RH
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春100
4 上海交通大学 机械与动力工程学院 机械系统与振动国家重点实验室，上海20020
为了解决三自由度压电驱动纳米偏摆台中的多轴耦合与迟滞问题，设计了一种可以同时表征多个压电驱动器间耦合效应及其自身迟滞效应的耦合迟滞模型，并利用其逆模型进行前馈补偿以提升平台的定位和轨迹跟踪精度。首先，搭建了三自由度压电驱动偏摆台的控制系统并建立其运动学模型，将末端平台三自由度运动转化为三个压电驱动器的输出。然后，建立基于Prandtl-Ishlinskii模型的耦合迟滞模型，并对该模型及其逆模型的参数进行辨识。最后，通过开环逆模型前馈补偿来验证模型的有效性，并利用结合逆模型前馈和反馈的复合控制方法进行轨迹跟踪控制。实验结果表明：逆模型开环前馈补偿使三个压电驱动器间最大耦合位移均降低了70%以上，证明了所建立耦合迟滞模型的有效性，结合闭环反馈的复合控制方法对空间轨迹进行跟踪的最大均方根误差仅为0.06 mrad和0.42 μm，相比单纯闭环反馈分别减少了72%和87.5%，最大误差也减少了76%以上，有效消除了平台中耦合迟滞的影响，提高了平台的定位精度。
压电偏摆台 压电驱动器 耦合迟滞模型 逆补偿 跟踪控制 tip-tilt-piston piezoelectric stage piezoelectric actuator coupled hysteresis model inverse compensation tracking control 光学 精密工程
2023, 31(20): 2964
1 杭州电子科技大学 机械工程学院, 浙江 杭州 310018
2 杭州浙大精益机电技术工程有限公司, 浙江 杭州 310027
针对超磁致伸缩致动器(GMA)在精密致动控制中存在的迟滞和位移非线性,提出了小脑神经网络(CMAC)前馈逆补偿结合模糊PID控制的新策略.通过小脑神经网络(CMAC)学习获得超磁致伸缩致动器动态逆模型用于对超磁致伸缩致动器迟滞非线性进行补偿;利用模糊PID控制降低小脑神经网络(CMAC)学习时的误差和抑制扰动,提高系统的跟踪控制性能,从而实现超磁致伸缩致动器的精密致动控制.仿真和实验结果表明:所采用的控制策略有效地消除了迟滞非线性的影响,系统的跟踪误差降低到了5%以下,而位移跟踪误差均方差仅为0.58.此外,这种策略的特点是学习和控制同时进行,控制系统能够适应被控对象动态特性的变化,使系统具有较强的鲁棒性,同时也能够有效地抑制外界的干扰,提升系统的自适应控制性能.
超磁致伸缩致动器 迟滞非线性误差 小脑神经网络 前馈逆补偿控制 模糊PID控制 Giant Magnetostrictive Actuator(GMA) hysteresis nonlinear error Cerebellar Model Articulation Controller(CMAC) feed forward inverse compensation control fuzzy PID control
1 东南大学 自动化学院, 江苏 南京 210096
2 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
3 上海师范大学 信息与机电工程学院, 上海200234
4 桂林航天工业高等专科学校 信息工程系, 广西 桂林 541004
为了提高精密定位系统中压电陶瓷的控制精度, 研究了压电执行器的动态模型及逆模型。根据Weierstrass第一逼近定理, 提出了以多项式函数逼近Duhem模型中的分段连续函数f(·)和g(·), 并应用递推最小二乘算法辨识Duhem模型的参数α 及f(·)和g(·)的多项式系数, 建立了压电陶瓷执行器的非线性参数化动态模型。利用辨识结果建立压电陶瓷执行器的动态逆模型, 避免对压电陶瓷执行器进行复杂的模型求逆; 介绍了通过逆补偿和PID复合控制对压电陶瓷系统进行的控制。实验结果表明: 仅通过逆补偿, 可在0~200 μm使得控制绝对误差小于0.8 μm; 在前馈逆补偿和PID环控制下, 绝对误差可小于40 nm, 结果验证了算法的有效性。该算法结构简单, 适应性强, 便于工程实现。
压电陶瓷执行器 Duhem模型 Weierstrass多项式逼近 递推最小二乘法 动态迟滞模型 动态逆迟滞模型 逆补偿 piezoceramic actuator Duhem model Weierstrass polynomial approximation recursive least square dynamic hysteresis model dynamic inverse model inverse compensation
1 北京理工大学 自动化学院，北京 100081
2 航天东方红卫星有限公司, 北京 100080
为了降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响，研究了基于Preisach逆补偿的滑模控制策略。首先，利用分类排序方法在控制平台上实现了迟滞的Preisach逆模型；然后，将其串联到压电陶瓷执行器前用于抵消迟滞非线性。考虑到迟滞逆补偿的非完全抵消、模型参数的不确定性以及扰动等问题，设计了一种分段边界层滑模控制律。最后，为了验证所设计的控制策略的有效性，设计并实现了逆补偿+PI控制器。实验结果表明，逆补偿+滑模控制提高了基于压电陶瓷执行器驱动的纳米定位系统的跟踪精度，其跟踪正弦输入的平均绝对误差为0.020 6 μm。与逆补偿+PI控制策略相比，逆补偿+滑模控制对不同的输入信号有很好的适应性，保证了纳米定位平台的定位精度。
压电陶瓷执行器 迟滞非线性 Preisach模型 滑模控制 逆补偿 piezoceramic actuator hysteresis nonlinearity Preisach model sliding mode control inverse compensation
