检索结果-内蒙古大学图书馆

振动．测试与诊断 2023年第3期43卷 531-538,622页

作者：杨浩娄军强杨依领陈特欢陈海荣魏燕定宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室杭州310027

为了克服传统压电陶瓷韧性不足,利用压电宏纤维(macro fiber composite,简称MFC)换能效率高且变形能力强的优点,提出了一种MFC致动的柔性结构,建立了描述MFC动态偏置迟滞非线性的率相关双极性偏置PI(rate-dependent bipolar bias PI,简... 详细信息

为了克服传统压电陶瓷韧性不足,利用压电宏纤维(macro fiber composite,简称MFC)换能效率高且变形能力强的优点,提出了一种MFC致动的柔性结构,建立了描述MFC动态偏置迟滞非线性的率相关双极性偏置PI(rate-dependent bipolar bias PI,简称RDBBPI)迟滞模型,并进行了前馈补偿控制研究。首先,针对MFC致动柔性结构的静态偏置迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述系统的对称迟滞特性,并通过叠加死区算子来捕捉其双极性偏置特性,建立了MFC致动器的静态双极性偏置PI(bipolar bias PI,简称BBPI)模型;其次,确立迟滞环斜率与驱动信号速率之间的线性关系,得到描述MFC致动器动态迟滞特性的RDBBPI模型;最后,进行了实验验证。实验结果表明:所提出的RDBBPI模型能够很好地捕捉不同频率下MFC致动柔性结构的动态迟滞特性;在基于RDBBPI模型的前馈补偿下,MFC致动柔性梁构件的实测振动位移与期望跟踪位移基本重合,补偿后结构实测位移与期望轨迹之间的线性度误差为4.62%,证实了所提RDBBPI模型对MFC致动器驱动控制和位移跟踪精度的改善效果。

关键词：压电宏纤维致动器动态迟滞非线性率相关双极性偏置前馈补偿

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基于动态迟滞模型的压电陶瓷驱动电源

基于动态迟滞模型的压电陶瓷驱动电源

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作者：罗丹南京理工大学

学位级别：硕士

压电陶瓷驱动器是一种利用压电陶瓷逆压电效应工作的微驱动器,具有体积小、分辨率高、响应快等优点,被广泛应用于精密制造、航空航天、微定位和超声电机等领域。压电陶瓷驱动器本身所固有的迟滞非线性特性是制约其驱动精度的主要原因,... 详细信息

压电陶瓷驱动器是一种利用压电陶瓷逆压电效应工作的微驱动器,具有体积小、分辨率高、响应快等优点,被广泛应用于精密制造、航空航天、微定位和超声电机等领域。压电陶瓷驱动器本身所固有的迟滞非线性特性是制约其驱动精度的主要原因,这种非线性不仅削弱了定位精度,而且有可能造成系统的不稳定。在分析压电陶瓷驱动器非线性特性的基础上,研究具有非线性补偿功能的压电陶瓷驱动电源是减小驱动器迟滞非线性的影响,提高精密定位精度的有效方法,这也是目前压电陶瓷驱动电源领域的研究热点之一。为了分析压电陶瓷驱动器的动态迟滞非线性特性,分别测试了不同频率下压电陶瓷驱动器的响应。在静态Prandtl-Ishlinskii模型的基础上,结合自动控制理论,研究了动态Prandtl-Ishlinskii模型及其求解逆模型方法,使其能够描述压电陶瓷驱动器的动态迟滞非线性过程。根据测试数据,辨识了动态Prandtl-Ishlinskii模型的参数,应用LabVIEW软件分别进行了静态与动态Prandtl-Ishlinskii模型的仿真。通过比较仿真结果与测试数据,说明了动态Prandtl-Ishlinskii模型能够在更宽的频带上更精确地描述压电陶瓷驱动器的迟滞非线性。压电陶瓷驱动电源的硬件电路选用了开关式电源的拓扑结构,由前级DC/DC升压电路和后级DC/AC逆变电路构成主电路,升压电路采用基于TL494的Boost电路,逆变电路采用单相全桥逆变电路。应用MATLAB/Simulink对电路进行仿真,结果显示电路的各项性能参数均优于设计要求。根据仿真结果,设计了硬件电路,并完成了元器件参数的计算和选型。基于辨识好参数的Prandtl-Ishlinskii模型,应用CompactRIO测控系统,设计了驱动电源的软件系统,使其能够补偿压电陶瓷驱动器的动态迟滞非线性。为了验证所研究驱动电源的有效性,采用双晶片式压电陶瓷驱动器(60mm×lOmm×0.8mm),设计了实验平台,分别测试了基于静态与动态Prandtl-Ishlinskii模型的压电陶瓷驱动电源在不同频率下的性能。实验结果表明,基于静态Prandtl-Ishlinskii模型的压电陶瓷驱动电源在频率为5Hz、10Hz、20Hz时的最大相对误差分别为0.0158、0.0290和0.0347;基于动态Prandtl-Ishlinskii模型的压电陶瓷驱动电源在频率为5Hz、10Hz、20Hz时的最大相对误差分别为0.0141、0.0129和0.0105。基于动态迟滞模型的压电陶瓷驱动电源能够在更宽的频带上补偿压电陶瓷驱动器的动态迟滞非线性,提高了定位精度。

关键词：动态迟滞非线性压电陶瓷驱动电源 Prandtl-Ishlinskii模型逆模型控制开关式电源

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压电驱动微定位平台迟滞动态建模与控制方法研究

压电驱动微定位平台迟滞动态建模与控制方法研究

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作者：潘炜吉林大学

学位级别：硕士

微观纳米时代的到来推动纳米驱动定位技术迅速发展。压电驱动微定位平台是由压电陶瓷材料驱动器组成,因具有微纳米级位移分辨率和快速频率响应速度得以在纳米尺度定位领域广泛应用。但是,压电驱动微定位平台内部的压电材料在极化过程中... 详细信息

微观纳米时代的到来推动纳米驱动定位技术迅速发展。压电驱动微定位平台是由压电陶瓷材料驱动器组成,因具有微纳米级位移分辨率和快速频率响应速度得以在纳米尺度定位领域广泛应用。但是,压电驱动微定位平台内部的压电材料在极化过程中会伴随复杂的迟滞效应产生,导致平台定位精度大幅下降、定位性能严重受损,最终限制其在纳米精度驱动系统中的应用。本论文以压电驱动微定位平台为研究对象,针对内部迟滞非线性进行深入研究,旨在精确描述迟滞特性并有效消除迟滞影响,实现压电驱动微定位平台的高精密驱动定位控制,从而扩展其应用前景。本论文主要研究内容如下:考虑Duhem微分方程的输入方向改变会影响其输出特性,进而造成参数辨识困难,通过引入线性部分提出基于内点算法的Duhem静态模型表征压电驱动微定位平台的静态迟滞特性。为进一步描述平台动态迟滞特性,将对角递归神经网络与Duhem静态模型串联,建立基于梯度下降算法的在线Duhem动态模型。不同驱动信号对比建模实验结果验证了Duhem动态模型的有效性。为消除压电驱动微定位平台的复杂迟滞非线性,基于迟滞模型设计了相应的开环逆补偿控制方法。由于Duhem静态模型具有单独迟滞结构,通过直接逆推导提出基于逆乘结构的静态前馈逆补偿控制器,使平台的静态迟滞特性得到有效补偿。结合逆控制思想,基于Duhem动态模型提出参数在线调节的动态反馈逆补偿控制器,改善了控制系统的鲁棒性和自适应能力,解决了高频轨迹跟踪控制问题。采用李雅普诺夫稳定性定理对动态逆补偿控制器进行收敛性分析。不同轨迹信号对比跟踪实验结果证实了动态逆补偿控制器的有效性。针对开环逆补偿控制器的性能受迟滞逆模型精度及外部扰动影响的问题,提出无迟滞逆模型的基于扰动估计器的等效滑模闭环控制策略。考虑平台系统存在未建模动态、参数不确定性及外部扰动部分,设计扰动估计器对该部分进行有效估计。为减小稳态误差并加快响应速度,采用比例积分型滑动面切换函数设计等效控制项和基于低通滤波器的鲁棒项,实现对平台系统复杂迟滞特性的无抖振滑模控制。通过李雅普诺夫稳定性定理对控制系统的稳定性进行严格证明。不同轨迹信号重复定位实验结果验证了滑模控制器的有效性和消抖性,具有优于动态反馈逆补偿控制器的控制精度。不同轨迹信号空载和带载对比跟踪实验结果表明提出的基于扰动估计器的等效滑模控制器具有带载能力,能够保证控制系统的跟踪性能稳定。

关键词：压电驱动微定位平台动态迟滞非线性逆补偿控制滑模控制神经网络

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基于自抗扰与当前循环迭代学习的压电作动器系统高精度运动控制

基于自抗扰与当前循环迭代学习的压电作动器系统高精度运动控制

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作者：闵达西南交通大学

学位级别：硕士

作为一种典型的非线性特性,迟滞非线性广泛的存在于现代工业领域之中,并受到众多学者的关注,成为了热门的研究方向之一。为了满足在航空航天、国防科技以及精密微电子等工业生产中对微定位、微操作和微振动控制方面已经达到纳米级别的... 详细信息

作为一种典型的非线性特性,迟滞非线性广泛的存在于现代工业领域之中,并受到众多学者的关注,成为了热门的研究方向之一。为了满足在航空航天、国防科技以及精密微电子等工业生产中对微定位、微操作和微振动控制方面已经达到纳米级别的精度需求,迫切需要对动态迟滞非线性系统的建模与控制进行研究。然而在实际的工程应用中迟滞非线性系统在输入和输出关系上往往呈现出多因素耦合的动态特性,这一复杂的动态特性不仅会限制系统的控制精度,还有可能引起系统不稳定甚至导致系统振荡。传统的非线性理论与控制方法已经不能很好的应对与解决这一复杂的问题。因此,本研究以由智能材料所构成的压电作动器和六自由度立方体结构压电Stewart平台作为控制对象,研究了率相关迟滞非线性系统的建模和高精度运动控制方法,并通过MATLAB-Simulink数值仿真以及d SPACE平台对比实验验证了所提出方法的有效性、优越性和工程适用性。本文的主要工作内容包含以下几个方面:(1)基于压电作动器的电气/机械作动机理,将系统的率相关迟滞非线性特性当作外部的扰动,提出了一种SODB压电作动器综合动态模型,摆脱了对具体的系统迟滞模型的依赖,避免了复杂且繁琐的迟滞建模过程,并且该模型的结构简单,便于控制器的设计;(2)在SODB模型的基础之上,提出了一种基于ADRC的压电作动器动态迟滞补偿方法。利用LESO对系统状态和扰动进行实时在线估计,并设计控制律对系统迟滞进行消除与控制。通过对压电作动器进行多频率、多类型的参考信号下的跟踪控制实验,并与纯PI控制进行比较,验证了所提出方法能有效地对系统率相关迟滞非线性特性进行补偿;(3)在ADRC补偿系统迟滞的基础之上,提出了一种基于CILC的压电作动器高精度运动控制方法,并在迭代域分析及推导了系统误差的学习收敛性条件。在1-200Hz频率范围内的多种类型参考信号输入下进行了跟踪控制实验,并与NPI控制和ASM控制进行对比,实验结果表明了所提出方法的有效性和优越性,显著地提高了系统的控制表现,极大地减小了系统的跟踪误差。最大绝对值误差最低为16.3nm,能够满足工程实际需求;(4)在单自由度压电作动器高精度运动控制的基础之上,提出了一种基于ADRC的六自由度立方体结构压电Stewart平台空间高精度运动控制方法。对Stewart平台进行了几何学与运动学分析,设计了平台的运动学逆解和运动学正解方法,并在建立系统综合动态模型的过程中加入了驱动支腿的压电作动器的模型,同时引入了作动器固有的率相关迟滞非线性特性的影响。通过MATLAB-Simulink仿真实验,证明了所提出方法的有效性。

关键词：动态迟滞非线性压电作动器自抗扰控制当前循环迭代学习控制迟滞补偿 Stewart平台高精度运动

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