压电驱动器迟滞非线性建模及控制方法研究

doi:9D88957D03CE19BF579D10765D1914DD

	压电驱动器迟滞非线性建模及控制方法研究
	丁野
学位类型	硕士
导师	郝贤鹏
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	压电驱动控制迟滞非线性 MPI模型衰减因子 PID控制
摘要	由中国科学院发起的空间“太极计划”是我国自主空间引力波探测方案。压电驱动材料因为其具有无磁性和无铁磁性、分辨率高、刚度大、体积小、功率低、响应速度快等优点,被应用在对测试质量的锁紧、捕获和释放。但是压电材料也有很多问题需要解决,其中压电驱动材料的迟滞非线性对于系统的控制精度影响最为显著。本文针对压电驱动器迟滞非线性的特性,提出基于MPI模型的自适应逆补偿和带衰减因子优化的PI控制相结合的复合控制算法,并利用MATLAB进行建模和仿真,为补偿压电驱动器的迟滞非线性奠定了理论基础。本文的研究内容主要有:1、调研了压电驱动器迟滞非线性建模的研究现状和建模方法,压电驱动器的分类和控制方法,找出其规律和特征,并在理论以及前人经验基础上判定PI模型能够很好的描述压电驱动器的迟滞非线性。2、搭建了适用于快反镜的迟滞非线性模型,研究了经典的PI模型以及改造后的MPI模型,MPI模型可以弥补PI模型不能描述迟滞环非凸、非奇对称的缺点。通过实验进行数据采集,发现建立的MPI模型与实际迟滞曲线之间的均方根误差在0.0344mrad以内,相对误差在7.03%以内,建立的模型精确性较好。3、将基于MPI模型的自适应逆补偿控制应用到系统迟滞非线性的补偿上。通过仿真发现,自适应逆补偿将系统的迟滞率从19.68%降至5.16%以下,降低了72%。自适应逆控制算法对于压电驱动器的迟滞非线性具有良好的补偿效果。4、在自适应逆补偿控制的基础上增加了带衰减因子的PI控制,并和前馈逆补偿控制、传统PID控制进行了对比。这种复合控制因为加入了PI控制可以提高自适应逆控制的控制效果、减小误差、降低迟滞率,又比普通PI控制多了衰减因子进行积分优化,降低系统反应超调,与补偿前相比较,复合算法将迟滞率从19%降至0.03%,降低了99%以上,可见补偿效果得到了明显的提升。本文的研究工作通过建立压电驱动器的迟滞非线性模型,并对其进行有效地补偿,减小迟滞非线性效应的负面影响。通过理论分析和仿真测试证明,所应用的算法能够有效改善压电驱动器迟滞非线性,为压电驱动材料在“太极计划”中的应用提供了有效的理论保证。
页数	70
DOI	9D88957D03CE19BF579D10765D1914DD
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63938
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	丁野. 压电驱动器迟滞非线性建模及控制方法研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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压电驱动器迟滞非线性建模及控制方法研究.（8678KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文