压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性建模及控制方法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013522122密级：公开吉林大学硕士学位论文压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性建模及控制方法研究ResearchofPiezoelectricMicroPositioningPlatformHysteresisNonlinearityModelingandControlMethods作者姓名：赵宇专业：模式识别与智能系统研究方向：微纳驱动与控制技术指导教师：周淼磊教授培养单位：通信工程学院2016年4月未经本论文作者的书面援权，依法收存和保管本论文书面版本、电子跋本的任何

2、单位和个人，巧不得对本论女的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发巧Ｖ出巧、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕女学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。隙文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：

3、＾曰期：乃７為月今曰＾＾———————————————————————————————————压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性建模及控制方法研究———————————————————————————————————ResearchofPiezoelectricMicroPositioningPlatformHysteresisNonlinearityModelingandControlMethods———————————————————————————————————作者姓名：赵宇专业名称：模式识别与智能系统指导教师：

4、周淼磊教授学位类别：工学硕士答辩日期：年月日摘要压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性建模及控制方法研究压电陶瓷驱动微定位平台作为微纳米定位技术的关键核心器件，已经被广泛应用于很多高精度定位工程领域中。然而压电陶瓷驱动微定位平台固有的迟滞非线性对系统的定位精度和稳定性有一定的影响。本文以压电陶瓷驱动微定位平台为研究对象，以降低或消除压电陶瓷驱动微定位平台的迟滞非线性为目标，从建立高精度迟滞非线性模型和设计高精度迟滞补偿控制方法两方面展开了研究。首先对微定位平台技术的发展以及压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性建模方法和控制方法的国内外研究

5、现状进行介绍，并加以总结分析。本文采用Krasnosel'skii-Pokrovkii（KP）模型建立压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性模型，并采用粒子群优化算法对KP模型密度参数进行辨识。辨识结果表明基于粒子群辨识的KP迟滞模型能够很好地描述压电陶瓷驱动微定位平台的迟滞非线性。针对粒子群辨识过程中容易出现的收敛缓慢、陷入局部最优的不足，采用自适应混沌粒子群算法改进辨识过程。该算法进行混沌序列优化和自适应惯性系数两方面改进，有效避免种群陷入局部最优，加快收敛进程。对比辨识结果发现，基于自适应混沌粒子群辨识的KP迟滞模型精度更高，辨

6、识速度更快。为了降低或消除压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性，首先采用模糊控制方案对其进行迟滞补偿控制。根据已有的控制知识和经验，设计了具有一系列模糊控制规则的模糊控制器，并采用三种不同形式的给定信号作为期望输出进行仿真研究。仿真结果证明了所提模糊控制方案能够很好地抑制压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性对定位精度的影响。为进一步提高控制精度，在模糊控制方案的基础上，提出变论域模糊控制方案。该控制方案中，模糊论域随着输入信号误差的变化发生伸缩变换，提高控制系统的误差敏感性。仿真结果表明，变论域模糊控制相比于模糊控制，控制误差更小，定位

7、精度更高。最后，由于上述两种控制方案过度依赖控制经验，且在理论上缺乏严格的稳定性和收敛性证明，因此提出一种基于迟滞非线性分解的自适应模糊H控I制方案，并给出了基于Lyapunov函数法的闭环稳定性证明。该控制方案通过自适应律调节模糊逻辑系统的权值参数来改变模糊控制器输出，控制过程中无需过多的控制经验。仿真结果表明，该控制方法对压电陶瓷驱动微定位平台迟滞非线性补偿控制效果更好，控制精度显著提高，证明了该控制方案有效性和可行性。关键词：压电陶瓷驱动微定位平台，迟滞非线性，KP模型，自适应混沌粒子群，变论域模糊控制，自适应模糊H控制

8、IIAbstractResearchofPiezoelectricMicroPositioningPlatformHysteresisNonlinearityModelingandControlMethodsPiezoelectricmicroposition