压电陶瓷执行器的动态迟滞建模与零相差前馈补偿控制.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术No．92015年9月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueSept．2015文章编号：1001—2265(2015)09—0095—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．09．026压电陶瓷执行器的动态迟滞建模与零相差前馈补偿控制术唐强，吉方，陈东生，刘广民，张连新(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)摘要：压电陶瓷执行器在动态应用中具有迟滞非线性，给动态精密跟踪控制带来了许多困难。针对

2、压电陶瓷迟滞特性提出了一种相移迟滞非线性模型，建模的相对误差小于0．4％；基于相移迟滞模型给出了迟滞补偿方法，实现了开环系统的线性化。同时，根据相移迟滞模型，为PID闭环系统设计了零相差前馈控制器进行指令预补偿。实验结果表明，零相差前馈控制使系统在给定频段内实现了良好的跟踪性能，有效地将跟踪控制相对误差降到O．36％以下。关键词：压电陶瓷执行器；迟滞特性；零相差控制中图分类号：TH166；TG659文献标识码：ADynamicHysteresisModelingandZero-Phase-ErrorControlofPiezoele

3、ctricActuatorsTANGQiang，JIFang，CHENDong—sheng，LIUGuang—min，ZHANGLian-xin(InstituteofMechanicalManufacturingTechnology，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，MianyangSi-chuan621900，China)Abstract：Thehystereticnonlinearityofpiezoelectricactuatorposesmanydificultiestotheprecise

4、trackingcontrolindynamicapplication．Aphase—delayhysteresismodelisproposedforthehystereticnonlinearityofpiezoelectricceramicwiththemodelingerrorlessthan0．4％．Ahystereticcompensationmethodbasedonphase-delayhysteresismodelisproposedtolinearizethesystem．Further，AZero—Phase—

5、Eror(ZPE)feed-forwardcontrollerbasedonthephase·-delaymodelisdesignedforthePIDclosedsystemtopre--compensatethedisplacementorder．ExperimentalresultsshowthattheZPEfeed-forwardcontrolhasachievedagoodtrackingperformancewiththerelativeerrorlessthan0．36％．Keywords：piezoelectri

6、cactuator；hysteresis；zero—phase-errorcontrol解决动态应用下的高精度跟踪控制问题。O引言为了在动态应用中实现较高精度的跟踪控制，本压电陶瓷具有输出力大、精度高、响应速度快、刚文提出了一种基于相位滞后特性的相移迟滞模型，通度较高等特点，广泛应用于各种微纳米定位系统中。过较为简便的数学描述实现动态迟滞非线性的建模。但是，在动态应用中，压电陶瓷的定位精度受压电元件基于相移迟滞模型，给出了一种迟滞特性的补偿方法，迟滞特性的影响较大。在一些动态应用场合中，由压实现了压电陶瓷执行器的线性化；同时根据相移

7、特性，电陶瓷迟滞特性导致的位移相对误差高达25％，严为PID闭环系统设计了一个零相差前馈控制器用以补重影响系统性能。偿相移特性，在给定频率范围内对正弦偏置信号实现因此，许多学者针对迟滞特性提出了各种各样的了良好的跟踪控制。控制方法，大体上可分为两类：一类是基于迟滞特性建模的逆补偿控制；另一类是考虑迟滞非线性的闭环控1相移迟滞模型制。基于迟滞特性建模的逆补偿控制的核心是对迟滞压电陶瓷的迟滞特性是一种动态迟滞现象，与静特性建立数学逆模型。目前压电执行器的迟滞非线性态迟滞系统相比，压电陶瓷的位移输出不仅与输出信模型有Maxwell模型，D

8、uherm模型以及Preisach号的历史状态有关，而且与输人信号的变化率有关，从模型等。而考虑迟滞非线性的闭环控制不需要建而形成了如图1所示的一种典型多值映射关系(输人立迟滞模型，但算法通常较为复杂。以上控制方法多信号为偏置正弦信号