AFM压电陶瓷驱动器类Hammerstein建模与参数辨识.pdf

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1、第28卷第1期传感技术学报V01．28No．1CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJan．20152015年1月Hammerstein-BasedModelingApproachandParameterIdentificationMethodforAFMPiezoelectricActuatorXUYunyang，XUKangkang，SHEN(StateKeyLaboratoryofHighPerma~eComplexManufacturing，Changsha4100

2、12，China)Abstract：Thepiezoelectricactuator(PEA)usedintheAtomicForceMicroscopy(AFM)possessesafeatureofrate·dependenthysteresis，whichhaveanegativeinfluenceonthescanningandpositioningaccuracyofAFM．Asthetra—ditionalstaticnonlinearhysteresismodelcan’treflectth

3、edynamic~equencycharacteristicsofthesystem，aHam—mersteinmodelhereisproposedtodescribethestaticanddynamichysteresischaracteristicsofthePEA．Thepa—rametersofthemodelisidentifiedbytheleastsquaressupponvectormachine(LS—SVM)algorithmandthesingularvaluedecomposi

4、tion(SVM)method．Theexperimentresultindicatesthattherate-dependenthysteresisiswellreflec—ted，andthemodelaccuracyisbetterthanthetraditionalstatichysteresismodel，itsapplicationvalueisdesirablefortheanalogoussystems．Keywords：piezoelectricactuator；nonlinearmod

5、el；Hammersteinmodel；systemidentification；supportvectorma-chineEEACC：7320G；2860；7230doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2015．01．005AFM压电陶瓷驱动器类Hammerstein建模与参数辨识术徐运扬，徐康康，沈平(中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，长沙410012)摘要：AFM(AtomicForceMicroscope，原子力显微镜)中的压电陶瓷驱动器具有率相关迟滞非线性特性，这会影响A

6、FM的扫描和定位精度。针对传统静态迟滞模型不能反映系统率相关动态迟滞特性的缺陷，提出Hammerstein模型以描述压电陶瓷驱动器的静态和动态迟滞特性。利用最小二乘支持向量机结合奇异值分解法对模型中的参数进行辨识。实验结果表明，模型能体现压电陶瓷驱动器的率相关迟滞特性，精度高于传统静态迟滞模型，建模方法对此类系统具有较好的应用价值。关键词：压电陶瓷驱动器；非线性建模；Hammerstein模型；系统辨识；支持向量机中图分类号：TN792文献标识码：A文章编号：1004—1699(2015)01—0023-

7、05AFM中的压电陶瓷驱动器是扫描和成像系统线性特性，但模型结构复杂，建模过程需要大量特定中的关键部件¨，其响应速度快，具有纳米级的定的实验，实际应用不便。另外还有PI(Prandtl—位精度。但同时其输入输出表现为非光滑、多值映Ishlinskii)模型_4』，虽也能描述迟滞非线性，但由于射的迟滞回环特性，即同一个输入电压值可能对应其算子关于原点奇对称而实际迟滞曲线大都是非对多个输出位移_2J，若不对迟滞进行补偿，则会影响称的，这会引入建模误差，影响模型精度。其他的智AFM扫描和定位精度，导致成像的畸变

8、。因此，研能建模法，如神经网络J，受限于算法本身，存在局究这种非线性关系并建立其准确的模型，并对迟滞部极小值点，容易陷入过训练，且网络结构、类型的加以补偿，对提高压电陶瓷驱动器的运动控制精度选择过分依赖于经验，这都会影响模型的预测效果。具有重要的意义。以上模型均属于静态模型，实际上压电陶瓷驱动器对压电陶瓷驱动器的迟滞建模，国内外学者做的驱动电压和输出位移间还存在率相关迟滞非线性了大量的工作。如基于Preisach模型的建模方特