基于分数阶pi~λd~μ的压电叠堆控制方法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013522082密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）区基于分数阶PIλDμ的压电叠堆控制方法研究ResearchonPiezoelectricStackControlMethodBased-onFractionalOrderPIλDμ作者姓名：付云博专业：控制理论与控制工程研究方向：压电驱动控制指导教师：石要武教授培养单位：通信工程学院2016年6月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式

2、的复制、、修改、发行出租、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贝Ｉ。Ｊ，应承担侵权的法律责巧吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重芦明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立迎行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出１重要贡献的个人和集体，均已在文中＾＾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：ｆ巧恃＂曰期：７＾（年（月７日基于分数阶PIλDμ的

3、压电叠堆控制方法研究ResearchonPiezoelectricStackControlMethodBased-onFractionalOrderPIλDμ作者姓名：付云博专业名称：控制理论与控制工程指导教师：石要武教授学位类别：工学硕士答辩日期：年月日摘要摘要基于分数阶PIλDμ的压电叠堆控制方法研究作为精密位移执行器，压电执行器有着响应频率高、发热小、刚度强等优点，这使得它在生物工程、航空航天、电子封装、光学成像等领域的应用越来越广泛。压电叠堆是压电执行器中的重要一员，它由叠堆型压电片构成，输出行程更大，但是压电叠堆存在着压电材料的

4、共同缺点就是具有迟滞特性，使得其驱动电压与输出位移之间呈非线性关系，这对工程中的精密跟踪定位是十分不利的。为克服压电叠堆的迟滞非线性，实现压电叠堆位移的精密控制，本文以分数阶微积分为工具对压电叠堆的建模和控制展开了研究工作。主要工作内容如下：1.本文搭建了基于xPCtarget原型环境的压电叠堆位移采集与控制平台，利用该平台采集压电叠堆位移，并用小波变换技术对采集数据进行去噪处理，采集的压电叠堆位移比较直观地展示了压电叠堆的迟滞非线性。2.对压电叠堆进行分数阶建模。通过对分数阶微积分的研究，分析分数阶传递函数各参数对响应信号的影响，构建了

5、压电叠堆输出力与驱动电压之间的分数阶修正方程，以此建立了压电叠堆的分数阶模型。在ISE误差准则下通过粒子群寻优算法求取分数阶模型参数，并通过模型输出位移与压电叠堆实测位移对比验证了模型正确性。3.本文为压电叠堆分数阶模型设计了粒子群分数阶PIλDμ控制器，即在ITAE误差准则下利用粒子群算法求取分数阶PIλDμ控制器控制参数。然后将用该方法整定得到的分数阶PIλDμ控制器应用到压电叠堆实物控制中，并与整数阶PID控制器进行对比，实验结果显示：分数阶PIλDμ控制器控制下的压电叠堆输出位移动态性能更好，控制精度更高。4.为压电叠堆设计了RB

6、F神经网络分数阶PIλDμ控制算法。该算法用RBF神经网络得到压电叠堆的近似Jacobain信息来自适应整定分数阶PIλDμ控制器的控制参数，既利用模型信息避免了人工整定的不确定性，又兼备了分数阶PIλDμ控制器的灵活性和鲁棒性。实验结果表明本文提出的RBF神经网络分数阶PIλDμ控制算法能够实现压电叠堆的高精度位移控制。关键词：压电叠堆，分数阶建模，分数阶PIλDμ，粒子群算法，RBF神经网络IABSTRACTABSTRACTResearchonPiezoelectricStackControlMethodBased-onFractio

7、nalOrderPIλDμAsprecisiondisplacementactuator,piezoelectricactuatorshastheadvantagesofhighresponsefrequency,lessheatandstrongstiffness.whichmakesitiswidelyappliedinthefieldofbiologicalengineering,aerospace,electronicpackaging,opticalimaging,etc.Thepiezoelectricstackisanimp

8、ortantroleofthepiezoelectricactuators,ithasbiggeroutputdisplacementbecauseitconsistsoffoldpiezoe