基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究

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1、中北大学学位论文分类号：TN384单位代码：10110学号：S1502107中北大学硕士学位论文基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究硕士研究生王太飞指导教师孟江副教授学科专业机械工程2018年4月16日中北大学学位论文图书分类号TN384密级非密注1UDC621硕士学位论文基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究王太飞指导教师（姓名、职称）孟江副教授申请学位级别工学硕士专业名称机械工程论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月26日学位授予日期年月日论文评阅人原霞陈

2、志梅答辩委员会主席杨兆建2018年4月16日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学

3、位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文基于迟滞逆补偿的硅基反铁电桥式微镜的滑模控制研究摘要激光通信在传输信息方面有着传输速度快、信息量大的优点，这使得激光通信在空间通信领域占据了重要地位。在现有的国内外激光通信中，光束偏转微构件都存在响应慢、体积大、功耗高、控制

4、方法复杂且精度不高等问题，为此论文对一种基于(Pb,La)(Zr,Ti)O3（简称PLZT）硅基反铁电材料的场致应变效应进行了研究，提出了一种基于PLZT反铁电桥式结构的光束偏转微镜构件，并对反铁电桥式微镜进行了设计和控制研究。首先通过ANSYSWorkbench有限元仿真软件对不同结构参数（长度、宽度、厚度）的PLZT反铁电桥式微镜进行了挠度和应力分析，验证了反铁电桥式微镜在外电场驱动下挠度、应力变化与电压、结构参数之间的关系。通过正交试验进行结构优化，得到了使得在微镜构件疲劳特性范围内中心位移达到

5、最大的结构尺寸，即长5000μm、宽200μm、厚10μm。其次通过对PLZT反铁电材料迟滞非线性的研究，建立了离散化的Preisach模型。在此基础上，针对离散化Preisach模型不具有擦除特性的缺点，提出了利用随机森林算法进行非线性拟合，导出了具有严格擦除特性的离散化Preisach改进模型。最后基于随机森林改进模型的逆模型，建立了迟滞逆补偿控制和复合控制两种方案。仿真结果表明，基于迟滞逆补偿和自适应滑模控制的复合控制能够将绝对误差控制在0.2μm（角度0.08mrad）以下，可将相对误差控制在

6、1.05%以下。期望输入与实际输出2呈很好的线性关系，相关系数R=0.9996，能够满足在光束偏转技术中PLZT反铁电桥式微镜的精跟踪控制要求。综上所述，论文从理论基础上验证了所提出的PLZT反铁电桥式微镜能够实现光束偏转精跟踪控制，并设计了迟滞逆补偿与自适应滑模控制结合的复合控制提高跟踪控制精度，这些都为激光通信系统中微体积、快速响应、高精度跟踪控制光束偏转微构件的设计和开发提供了理论依据。中北大学学位论文关键词：光束偏转，PLZT反铁电材料，桥式微镜结构，迟滞非线性，Preisach模型，随机森林

7、，自适应滑模控制中北大学学位论文StudyonSlidingModeControlofSilicon-basedAnti-ferroelectricBridgeMicromirrorBasedonHysteresisInverseCompensationAbstractLasercommunicationshaveadvantagesoffasttransmissionspeedandlargeamountofinformation,whichmakeslasercommunicationsplaya

8、nimportantroleinspacecommunications.Intheexistingdomesticandforeignfield,beamdeflectionmicrostructureshaveproblemsofslowresponse,largevolume,highpowerconsumption,complicatedcontrolandlowprecision.Therefore,afield-inducedstraineff