压电微纳定位平台轨迹跟踪控制方法研究
发布时间：2022-10-21 17:20
压电微纳定位平台是利用压电材料的逆压电特性,在输入电压或电流的作用下产生形变,能保证微纳米级分辨率机械运动的高精度微定位机构,具有传统的电机驱动机构不可比拟的优势。由于压电微纳定位平台具有体积小、响应快、功耗低、位移分辨率高等优点,在智能结构、精密加工、纳米技术、微电子工程、精密光学和生物工程等领域有广泛的应用前景,如高精密微纳操作台、扫描探针显微镜的探头定位和天文望远镜定位系统等。然而压电材料固有的迟滞非线性严重损害了压电微纳定位平台的性能,进而制约了它在各个领域的应用。本学位论文主要是以压电微纳定位平台为研究对象,旨在解决压电微纳定位平台输出位移存在的复杂迟滞非线性问题,实现对压电微纳定位平台微纳米级精度的轨迹跟踪控制,为压电微纳定位平台在微定位和微驱动领域的应用奠定理论和方法基础。本文主要内容如下:针对压电微纳定位平台复杂迟滞非线性难以描述的问题,本文将蝙蝠搜索优化算法应用于Bouc-Wen模型的未知参数辨识,建立了精确的迟滞非线性模型。根据Bouc-Wen模型的结构分别提出了基于逆乘结构的前馈补偿控制和分步迭代前馈补偿控制方法,解决了设计前馈补偿控制器时逆模型求取困难的问题,对...
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 压电微纳定位平台
1.3 国内外研究现状
1.3.1 压电微纳定位平台迟滞建模方法
1.3.2 压电微纳定位平台迟滞控制方法
1.4 本文的主要工作及内容安排
第2章 迟滞Bouc-Wen模型与前馈迟滞补偿控制方法
2.1 引言
2.2 迟滞Bouc-Wen模型的辨识
2.2.1 迟滞Bouc-Wen模型的特性
2.2.2 迟滞Bouc-Wen模型参数的辨识
2.3 前馈补偿控制器的设计
2.3.1 逆乘结构的前馈补偿控制器设计
2.3.2 分步迭代前馈补偿控制器设计
2.4 实验研究结果
2.4.1 实验装置介绍
2.4.2 模型实验
2.4.3 逆乘结构的前馈补偿控制器实验
2.4.4 分步迭代前馈补偿控制器实验
2.5 本章小结
第3章 压电微纳定位平台改进积分型滑模控制方法
3.1 引言
3.2 积分型滑模控制器的设计
3.2.1 基本滑模控制器的定义
3.2.2 压电微纳定位平台的积分型滑模控制器
3.3 带有估计器的改进积分型滑模控制器的设计
3.3.1 估计器设计
3.3.2 改进滑模控制器设计
3.4 实验研究结果
3.4.1 积分型滑模控制器实验
3.4.2 带估计器的改进滑模控制器实验
3.5 本章小结
第4章 压电微纳定位平台新型双幂次趋近滑模控制方法
4.1 引言
4.2 控制器的设计
4.2.1 等效控制部分的设计
4.2.2 鲁棒项的设计
4.3 新型双幂次趋近滑模控制器的收敛性分析
4.3.1 新型双幂次趋近律收敛时间分析
4.3.2 等效滑模控制器的稳定性分析
4.4 实验研究结果
4.4.1 正弦波信号跟踪实验
4.4.2 三角波信号跟踪实验
4.4.3 混合波信号跟踪实验
4.5 本章小结
第5章 迟滞率相关NARMAX模型与自适应控制方法
5.1 引言
5.2 率相关迟滞NARMAX模型
5.2.1 基于Pi-Sigma模糊神经网络的NARMAX模型
5.2.2 在线迟滞率相关NARMAX模型
5.2.3 持续激励条件下NARMAX模型的收敛性分析
5.3 自适应补偿控制器设计
5.3.1 自适应补偿控制器的结构
5.3.2 自适应补偿控制器设计
5.4 实验研究结果
5.4.1 模型实验
5.4.2 自适应补偿控制器实验
5.5 本章小结
第6章 基于迟滞率相关KP模型的直接迟滞补偿控制方法
6.1 引言
6.2 迟滞率相关KP模型
6.2.1 基于神经网络的迟滞率相关KP模型
6.2.2 持续激励条件下模型参数的收敛性分析
6.3 直接补偿控制器设计
6.3.1 直接补偿控制器的结构
6.3.2 直接补偿控制器设计
6.4 实验研究结果
6.4.1 模型实验
6.4.2 直接补偿控制器实验
6.5 本章小结
第7章 全文总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Preisach模型的深度学习网络迟滞建模[J]. 武毅男,方勇纯. 控制理论与应用. 2018(06)
[2]压电超精密定位台的动态迟滞建模研究[J]. 杨晓京,李庭树,刘浩. 仪器仪表学报. 2017(10)
[3]基于Bouc-Wen类迟滞模型的压电微动台建模[J]. 杨晓京,彭芸浩,李尧. 传感器与微系统. 2017(06)
[4]基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制[J]. 于志亮,刘杨,王岩,李松,谭久彬. 仪器仪表学报. 2017(01)
[5]温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器[J]. 杨玉强,杨群,葛伟,张换男. 光学精密工程. 2016(10)
[6]基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究[J]. 吴伊玲,刘廷霞,张振东,陈健. 压电与声光. 2015(06)
[7]A Modified Gradient-Based Neuro-Fuzzy Learning Algorithm for Pi-Sigma Network Based on First-Order Takagi-Sugeno System[J]. Yan LIU,Jie YANG,Dakun YANG,Wei WU. Journal of Mathematical Research with Applications. 2014(01)
[8]压电材料迟滞非线性特性的幂函数多项式模型[J]. 贾尚帅,孙舒. 应用力学学报. 2013(04)
[9]滑模变结构控制理论研究综述[J]. 穆效江,陈阳舟. 控制工程. 2007(S2)
[10]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
博士论文
[1]压电陶瓷驱动的运动平台建模与控制研究[D]. 秦海辰.华中科技大学 2014
[2]压电陶瓷驱动微位移平台的磁滞补偿控制理论和方法研究[D]. 谷国迎.上海交通大学 2012
[3]压电陶瓷驱动的微位移工作台建模与控制技术研究[D]. 纪华伟.浙江大学 2006
本文编号：3696061
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 压电微纳定位平台
1.3 国内外研究现状
1.3.1 压电微纳定位平台迟滞建模方法
1.3.2 压电微纳定位平台迟滞控制方法
1.4 本文的主要工作及内容安排
第2章 迟滞Bouc-Wen模型与前馈迟滞补偿控制方法
2.1 引言
2.2 迟滞Bouc-Wen模型的辨识
2.2.1 迟滞Bouc-Wen模型的特性
2.2.2 迟滞Bouc-Wen模型参数的辨识
2.3 前馈补偿控制器的设计
2.3.1 逆乘结构的前馈补偿控制器设计
2.3.2 分步迭代前馈补偿控制器设计
2.4 实验研究结果
2.4.1 实验装置介绍
2.4.2 模型实验
2.4.3 逆乘结构的前馈补偿控制器实验
2.4.4 分步迭代前馈补偿控制器实验
2.5 本章小结
第3章 压电微纳定位平台改进积分型滑模控制方法
3.1 引言
3.2 积分型滑模控制器的设计
3.2.1 基本滑模控制器的定义
3.2.2 压电微纳定位平台的积分型滑模控制器
3.3 带有估计器的改进积分型滑模控制器的设计
3.3.1 估计器设计
3.3.2 改进滑模控制器设计
3.4 实验研究结果
3.4.1 积分型滑模控制器实验
3.4.2 带估计器的改进滑模控制器实验
3.5 本章小结
第4章 压电微纳定位平台新型双幂次趋近滑模控制方法
4.1 引言
4.2 控制器的设计
4.2.1 等效控制部分的设计
4.2.2 鲁棒项的设计
4.3 新型双幂次趋近滑模控制器的收敛性分析
4.3.1 新型双幂次趋近律收敛时间分析
4.3.2 等效滑模控制器的稳定性分析
4.4 实验研究结果
4.4.1 正弦波信号跟踪实验
4.4.2 三角波信号跟踪实验
4.4.3 混合波信号跟踪实验
4.5 本章小结
第5章 迟滞率相关NARMAX模型与自适应控制方法
5.1 引言
5.2 率相关迟滞NARMAX模型
5.2.1 基于Pi-Sigma模糊神经网络的NARMAX模型
5.2.2 在线迟滞率相关NARMAX模型
5.2.3 持续激励条件下NARMAX模型的收敛性分析
5.3 自适应补偿控制器设计
5.3.1 自适应补偿控制器的结构
5.3.2 自适应补偿控制器设计
5.4 实验研究结果
5.4.1 模型实验
5.4.2 自适应补偿控制器实验
5.5 本章小结
第6章 基于迟滞率相关KP模型的直接迟滞补偿控制方法
6.1 引言
6.2 迟滞率相关KP模型
6.2.1 基于神经网络的迟滞率相关KP模型
6.2.2 持续激励条件下模型参数的收敛性分析
6.3 直接补偿控制器设计
6.3.1 直接补偿控制器的结构
6.3.2 直接补偿控制器设计
6.4 实验研究结果
6.4.1 模型实验
6.4.2 直接补偿控制器实验
6.5 本章小结
第7章 全文总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Preisach模型的深度学习网络迟滞建模[J]. 武毅男,方勇纯. 控制理论与应用. 2018(06)
[2]压电超精密定位台的动态迟滞建模研究[J]. 杨晓京,李庭树,刘浩. 仪器仪表学报. 2017(10)
[3]基于Bouc-Wen类迟滞模型的压电微动台建模[J]. 杨晓京,彭芸浩,李尧. 传感器与微系统. 2017(06)
[4]基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制[J]. 于志亮,刘杨,王岩,李松,谭久彬. 仪器仪表学报. 2017(01)
[5]温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器[J]. 杨玉强,杨群,葛伟,张换男. 光学精密工程. 2016(10)
[6]基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究[J]. 吴伊玲,刘廷霞,张振东,陈健. 压电与声光. 2015(06)
[7]A Modified Gradient-Based Neuro-Fuzzy Learning Algorithm for Pi-Sigma Network Based on First-Order Takagi-Sugeno System[J]. Yan LIU,Jie YANG,Dakun YANG,Wei WU. Journal of Mathematical Research with Applications. 2014(01)
[8]压电材料迟滞非线性特性的幂函数多项式模型[J]. 贾尚帅,孙舒. 应用力学学报. 2013(04)
[9]滑模变结构控制理论研究综述[J]. 穆效江,陈阳舟. 控制工程. 2007(S2)
[10]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
博士论文
[1]压电陶瓷驱动的运动平台建模与控制研究[D]. 秦海辰.华中科技大学 2014
[2]压电陶瓷驱动微位移平台的磁滞补偿控制理论和方法研究[D]. 谷国迎.上海交通大学 2012
[3]压电陶瓷驱动的微位移工作台建模与控制技术研究[D]. 纪华伟.浙江大学 2006
本文编号：3696061
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