检索结果-内蒙古大学图书馆

仪器仪表学报 2017年第1期38卷 136-142页

作者：田雷陈俊杰崔玉国马剑强宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230027

压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用pi迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立pi迟滞数学模型... 详细信息

压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用pi迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立pi迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识pi迟滞模型的权值,计算出pi逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。

关键词：单压电变形镜 pi迟滞模型开环控制波前校正离焦像差

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基于pi迟滞模型的压电变形镜控制技术研究

基于PI迟滞模型的压电变形镜控制技术研究

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作者：田雷宁波大学

学位级别：硕士

自适应光学通过控制变形镜镜面形貌来实时补偿光学像差,在天文观测、生物技术、激光工业、视网膜成像及激光通信等方面具有广阔的应用前景。压电变形镜由于其具有分辨率高、响应速度快、驱动力大等优点,得到广大研究人员的青睐,但是压... 详细信息

自适应光学通过控制变形镜镜面形貌来实时补偿光学像差,在天文观测、生物技术、激光工业、视网膜成像及激光通信等方面具有广阔的应用前景。压电变形镜由于其具有分辨率高、响应速度快、驱动力大等优点,得到广大研究人员的青睐,但是压电变形镜的迟滞非线性直接导致了系统开环控制精度及闭环工作带宽的降低。本文的研究目的是对压电变形镜的迟滞非线性特性进行消除,主要分以下几方面:(1)首先对压电变形镜的迟滞非线性进行了分析,同时基于迟滞非线性模型控制方法,详细描述了pi迟滞模型,给出了迟滞模型参数选取和辨识的方法以及pi逆模型的计算。(2)其次搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试实验系统。利用pi迟滞模型建立环形致动器的迟滞模型,通过最小二乘法优化算子数,当算子数为9个时综合性能较好。对离焦面形进行前馈控制,实验结果表明:经过迟滞消除后环形致动器迟滞由9.3%降低到1.2%。对于幅值为变幅值三角波(最大幅值为0.43μm)的离焦面形,其重构误差的RMS值由迟滞消除前的14.6 nm下降为迟滞消除后的4.0 nm,重构精度提高72.6%。对于随机幅值的离焦面形重构,误差面形的RMS值从迟滞消除前的13.7 nm下降为迟滞消除后的3.5 nm,重构精度提高了74.5%。(3)最后对于19单元压电变形镜,利用pi迟滞逆模型计算其控制电压,实现对压电变形镜的迟滞消除。实验结果表明:经过迟滞消除后变形镜的迟滞量由近10%降低到1%左右。在重构经典像差时,对于随机幅值的Z3像散面形重构,重构误差的RMS值从迟滞消除前的14.4 nm下降到迟滞消除后的2.4nm,重构精度提高83.3%。对于随机复杂面形(Z3,Z4,Z5和Z6的系数最大分别为0.25,0.2,0.25和0.1μm)的重构,误差系数分别从-12.2,-12.4,-7.0和-10.8 nm下降到-6.4,-6.4,-2.4和-6.5 nm,精度提高在50%左右。

关键词：压电变形镜 pi迟滞模型自适应光学前馈控制波前校正

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基于pi建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略

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工程科学与技术 2024年第1期56卷 11-21页

作者：张琴张蒸忠洪逸帆顾邦平胡雄上海海事大学物流工程学院上海201306

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精... 详细信息

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于pi(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立pi迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,pi迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(piD)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。

关键词：主动波浪补偿 pi迟滞模型反步终端滑模控制斯图尔特浮式平台

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智能驱动结构的迟滞蠕变逆补偿与形状振动控制研究

智能驱动结构的迟滞蠕变逆补偿与形状振动控制研究

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新材料与能源产业发展大会

作者：张铖广东省深圳市光明区中山大学深圳校区航空航天学院 518107

大挠性板状结构在航天器智能结构、智能驱动领域广泛应用，但因自身低阻尼、低质量、低阶模态密集等特点，逐渐难以满足航天器在指向精度，型面调整，及控制带宽等方面的严苛要求。针对此，本文探索了压电纤维驱动的挠性板状结构在航天... 详细信息

大挠性板状结构在航天器智能结构、智能驱动领域广泛应用，但因自身低阻尼、低质量、低阶模态密集等特点，逐渐难以满足航天器在指向精度，型面调整，及控制带宽等方面的严苛要求。针对此，本文探索了压电纤维驱动的挠性板状结构在航天器中应用的可行性，着重基于pi迟滞模型和蠕变算子逆补偿方法研究其形状及振动主动控制。首先，依靠机-电耦合动力学模型探究了压电板状结构动力学特性;进一步，基于迟滞蠕变非线性逆补偿方法，完成了结构形状主动控制与振动控制系统设计;最后，通过实验成功验证了该控制方法的有效性。研究结果可为压电智能板状结构在航天器中的应用提供技术支撑。

关键词：迟滞特性 pi迟滞模型蠕变算子智能材料形状控制

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基于神经网络和迟滞模型的压电变形镜控制方法研究

基于神经网络和迟滞模型的压电变形镜控制方法研究

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作者：杨宗峰宁波大学

学位级别：硕士

自适应光学技术是对外界光学波前像差进行实时测量反馈,并通过控制系统驱动变形镜的镜面形貌产生相应变形,实现对波前畸变的实时校正,从而提高系统的分辨率。最初,自适应光学系统被用在天文观测上,以补偿大气湍流对光学成像的影响,目前... 详细信息

自适应光学技术是对外界光学波前像差进行实时测量反馈,并通过控制系统驱动变形镜的镜面形貌产生相应变形,实现对波前畸变的实时校正,从而提高系统的分辨率。最初,自适应光学系统被用在天文观测上,以补偿大气湍流对光学成像的影响,目前已在很多方面得到了普遍的应用,比如天文观测、激光加工、视网膜成像等。压电变形镜因其显著的性能优势,在自适应光学系统中得到普遍的应用,但是压电陶瓷自身所固有的迟滞非线性特性严重影响了自适应光学系统的控制性能。本文的研究目的旨在对压电变形镜的迟滞非线性进行消除或补偿,从而提高压电变形镜的控制精度和效率。主要内容如下所示:(1)针对压电变形镜的迟滞非线性特性进行研究分析,详细描述了PrandtlIshlinskii(pi)迟滞模型和基于pi迟滞算子的Back-Propagation(BP)神经网络模型的建模过程并求取其逆模型,同时根据压电变形镜的常规控制方案,明确了带迟滞补偿的压电变形镜的控制方案。(2)搭建了基于哈特曼波前传感器实时反馈的自适应光学系统实验测试平台。利用实验平台采集了压电变形镜的迟滞特性曲线,并对压电变形镜的多个致动器分别建立迟滞模型及逆模型。建立的pi迟滞模型可以很好的拟合实测迟滞曲线,中心致动器拟合误差范围为-2.5～2.3 nm。基于pi迟滞算子的BP神经网络同样可以很好的拟合实测迟滞曲线,中心致动器的拟合误差的均方根(Rootmean-Square,RMS)值为1.6 nm。(3)为验证建立的迟滞模型的有效性,对压电变形镜的典型像差分别进行了开环和闭环控制实验。在开环控制实验中,对于像散(Z3)像差的校正,基于pi迟滞逆模型补偿方法的控制结果可以很好的重构出目标面形,重构精度提升了55.5%。闭环控制实验中,采用基于pi迟滞模型的闭环控制方案,并分别进行了静态像差和动态像差的闭环校正实验。实验结果表明,在静态像差的闭环校正中,采用迟滞消除算法比未采用消除算法具有更快的校正速率;对于波前像差均方根的平均值为168 nm的动态像差,校正后的残差从消除迟滞前的33 nm降低到校正后的25 nm,整体校正性能提升24.7%,证明所提控制方法可有效应用于压电变形镜自适应光学系统中。

关键词：自适应光学 pi迟滞模型 BP神经网络单压电变形镜像差校正

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压电驱动平台的自适应piD控制

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微特电机 2019年第8期47卷 54-57,63页

作者：曾佑轩马立钟博文孙立宁汪文峰上海大学上海200072 苏州大学苏州215021

为了辨识出最优的piD控制参数,建立压电驱动平台传动系统的动力学模型;根据压电陶瓷实际的迟滞特性曲线的非对称性,改进为非对称的pi迟滞模型,形成基于改进pi迟滞模型的前馈piD控制。采用基于改进的单神经元自适应piD控制算法和基于BP... 详细信息

为了辨识出最优的piD控制参数,建立压电驱动平台传动系统的动力学模型;根据压电陶瓷实际的迟滞特性曲线的非对称性,改进为非对称的pi迟滞模型,形成基于改进pi迟滞模型的前馈piD控制。采用基于改进的单神经元自适应piD控制算法和基于BP神经网络的piD控制算法,实现piD参数的在线实时调整。搭建压电陶瓷驱动平台实验系统,并进行闭环控制实验。结果显示,驱动平台在前馈piD控制、单神经元自适应piD控制算法及基于BP神经网络自整定piD控制算法下的平均定位误差分别为16.5nm,8.3nm及5.1nm。自适应piD闭环控制精度优于前馈piD控制,神经网络整定piD控制精度高于单神经元自适应piD控制。

关键词：压电驱动平台 pi迟滞模型自适应piD控制前馈piD控制

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压电偏摆台的复合控制

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压电与声光 2017年第1期39卷 40-43页

作者：张东岳王伟国张振东李博陈健中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学研究生院北京100039

由于压电陶瓷具有迟滞效应,为了更好地控制压电偏摆台,减少迟滞效应对控制系统的影响,首先通过坐标变换对偏摆台建立了Prandtl-Ishlinskii(pi)迟滞模型,然后求解其逆模型,并设计前馈控制器,使输入、输出角度间具有较好的线性关系。最后... 详细信息

由于压电陶瓷具有迟滞效应,为了更好地控制压电偏摆台,减少迟滞效应对控制系统的影响,首先通过坐标变换对偏摆台建立了Prandtl-Ishlinskii(pi)迟滞模型,然后求解其逆模型,并设计前馈控制器,使输入、输出角度间具有较好的线性关系。最后在此基础上进行比例-积分-微分(piD)反馈控制,构成复合控制系统,大幅度提高了定位精度。实验结果表明,最大定位误差为2.2μrad,具有良好的控制效果。

关键词：迟滞压电偏摆台 pi迟滞模型逆模型复合控制

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压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究

压电陶瓷偏摆镜控制单元的研究

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作者：张东岳中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

学位级别：硕士

为了实现不同波长激光的同轴合束,每台激光器都配备有可以承载合束镜片的两维压电陶瓷偏摆台。压电陶瓷具有结构尺寸小、控制精度高等优势,广泛的应用在微定位领域。但由于压电陶瓷具有迟滞性和蠕变性等一些非线性特性,从而给压电陶瓷... 详细信息

为了实现不同波长激光的同轴合束,每台激光器都配备有可以承载合束镜片的两维压电陶瓷偏摆台。压电陶瓷具有结构尺寸小、控制精度高等优势,广泛的应用在微定位领域。但由于压电陶瓷具有迟滞性和蠕变性等一些非线性特性,从而给压电陶瓷的精密控制增加了难度,严重的甚至使系统变得不可控制。通过对压电偏摆镜的迟滞模型以及控制算法进行研究,可以实现偏摆镜的精密控制,从而满足控制系统的要求。在工程项目指标要求中,压电偏摆镜绕相互垂直两个轴转动的最大行程范围为±1mrad,定位精度优于5μrad。本文通过对压电陶瓷的迟滞特性、蠕变特性和温度特性等非线性特性进行理论研究,分析了压电陶瓷的微观极化机理。并对压电偏摆台机械结构,包括内部的制动器和精密偏转机构以及压电偏摆台的电气连接结构和所选用的信号采集传感器进行了理论分析。阐述了驱动控制系统中各个电路模块的设计原理,其中包括控制模块、驱动模块和检测模块。控制模块主要包括主控芯片DSP、串并转换接口FPGA、数模转换芯片D/A和A/D及其外围电路,用来实现控制算法、产生控制信号;驱动模块采用误差放大式驱动模式,利用高压功率运算放大器将控制模块输出的电压信号进行放大,驱动偏摆台转动;检测模块采用两级运算放大结构,将传感器采集的压电陶瓷的微形变信号进行放大,反馈给控制模块。然后对驱动控制系统硬件电路的线性度、输出稳定性和零点重复性进行检测。通过设计压电偏摆镜控制驱动硬件平台并对偏摆台建立了pi迟滞模型及参数辨识,求解pi迟滞逆模型及其参数并设计前馈控制器对压电陶瓷执行器进行前馈控制,再通过引入piD反馈控制环节可以实现对压电偏摆镜的复合精密控制,进一步提高控制精度。实验结果表明,复合控制的最大定位误差为2.2μrad,符合系统要求。本文的研究工作有助于实现偏摆镜中压电陶瓷的精密控制,对压电陶瓷两维偏摆镜的广泛应用具有一定的理论和实际价值。

关键词：压电陶瓷压电偏摆镜 pi迟滞模型复合控制

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基于改进pi模型的压电陶瓷动态迟滞建模

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科技风 2015年第16期 7 23-7 23页

作者：宋籽勃沈阳工业大学信息科学与工程学院

Prandtl-Ishlinskii模型属于Preisach模型的子模型(简称pi模型),采用了斜坡函数来代替Preisach模型中的阶跃函数,具有运算量小、结构简单、具有解析解、便于求逆等特点。但是经典的pi模型的算子是关于模型原点奇对称的,而实际使用的压... 详细信息

Prandtl-Ishlinskii模型属于Preisach模型的子模型(简称pi模型),采用了斜坡函数来代替Preisach模型中的阶跃函数,具有运算量小、结构简单、具有解析解、便于求逆等特点。但是经典的pi模型的算子是关于模型原点奇对称的,而实际使用的压电材料的实测迟滞曲线大都是非奇对称的,同时pi模型的输出位移量大小不随输入电压频率的变化而变化,而压电陶瓷的输出位移量随输入电压频率的变化而变化。单纯依赖pi模型,无法描述压电陶瓷的特性。为此,本文通过对pi模型进行改进,改善pi模型的非奇函数特性,引入惯性环节,增加迟滞元的动态特性。结果表明,改进的pi动态模型能很好地逼近压电陶瓷的位移输出信号,并具有较高的模型预测精度。

关键词： pi迟滞模型动态迟滞元动态迟滞特性压电陶瓷执行器

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基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究

基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究

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作者：张鸿阳华南理工大学

学位级别：硕士

微动平台是精密定位技术研究中的核心内容。高精密的微动平台具有分辨率高、定位准确、刚度大、稳定性好等优点,故而得到了广泛的应用。本课题即针对基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台做出研究。压电陶瓷驱动器是微动平台最常... 详细信息

微动平台是精密定位技术研究中的核心内容。高精密的微动平台具有分辨率高、定位准确、刚度大、稳定性好等优点,故而得到了广泛的应用。本课题即针对基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台做出研究。压电陶瓷驱动器是微动平台最常用到的驱动单元。当采用电压方式驱动时,压电陶瓷的位移曲线会表现出一定的迟滞非线性。为了减少开环控制时迟滞性的影响,本文采用pi模型构造了压电陶瓷的迟滞模型曲线,并使用自适应粒子群算法辨识了该模型的参数。此外,针对迟滞曲线的非对称特性,改进了模型的构建方法。结果表明,所提出的改进方法能明显提高模型的精度。采用伪刚体模型法、有限元分析法分别针对并联微动平台的位移、速度和工作空间进行了分析。求得了微动平台的位移传递关系以及雅克比矩阵,计算了微动平台的工作空间。针对平台的静力学和动力学问题进行了研究。求得了柔性铰链的转动刚度。分析了平台的输入-输出力/力矩对应的关系。采用拉格朗日法建立了微动平台的动力学模型。求得了平台的动能和势能公式以及平台的前三阶固有频率。有限元仿真和模态实验结果验证了计算值的准确性。最后,搭建了微动平台的实验系统。使用双频激光干涉仪测量并标定了压电陶瓷输出端的位移,修正了平台的雅克比矩阵。基于模糊piD控制器,搭建了微动平台的控制系统。结合实验结果和实验装置,分析了误差产生的原因。

关键词： 3-RRR微动平台 pi迟滞模型运动学静力学模糊piD控制

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