基于Hammerstein模型的压电陶瓷作动器建模及补偿方法
发布时间：2021-01-10 13:21
压电陶瓷作动器作为快速倾斜镜的主要执行机构,是空间激光通信能够建立稳定通信链路的保障。压电陶瓷作动器具备刚度大、位移分辨率高、输出力大等优点,相比于音圈电机等其他执行器来说更适合应用在光束的精跟踪控制上。虽然压电陶瓷作动器有着众多的优点,但是不可否认的是其本身所固有的非对称的迟滞特性以及速率相关特性限制了压电陶瓷作动器的应用。所谓非对称的迟滞特性即压电陶瓷作动器的输入电压和输出位移之间呈现非中心对称的迟滞关系,并且迟滞环的大小和形状会随着输入信号的频率变化而变化。为了补偿压电陶瓷作动器的非对称的迟滞特性和速率相关特性,本文基于Hammerstein模型来描述压电陶瓷作动器的非对称的迟滞特性以及速率相关特性。首先,建立了由对称迟的滞模型串联非线性补偿函数的非对称迟滞模型。进一步,提出了相应的模型辨识方法,利用对称迟滞模型描述实际的非对称迟滞现象,此时会引入较大的模型误差,再通过无记忆非线性补偿函数校正对称迟滞模型的输出,以达到减小模型误差的目的。所述对称迟滞模型以及非线性补偿函数均由多项式来描述,具有辨识方法简单以及所需辨识参数少的优点。为验证所提出模型的有效性,搭建了以压电陶瓷微位移机...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星激光通信示意图[8]
行建模分析。其中最为关键的就是补偿好压电陶瓷作动器的迟滞、蠕变等非线性特性，尽可能的保证压电陶瓷作动器在相对高频的输入信号作用下也能够得到有效的补偿。因此，有必要对压电陶瓷作动器的非线性特性以及速率相关特性进行深入分析，其中Hammerstein模型能够很好的满足控制需求。利用所建立的模型对压电陶瓷作动器进行开环上的补偿，然后再将开环补偿后的残差作为实际的控制量通过PID控制器来完成对压电陶瓷作动器的最终补偿，这种前馈加反馈的控制方式可以相对提高控制系统的响应速度，满足卫星激光通信的实际需求。图1-2卫星激光通信粗跟踪系统和精跟踪系统结构示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-3-1.2快速倾斜镜的结构和工作原理快速倾斜镜作为精跟踪环节中的核心器件能够有效降低激光光束窄、发散角孝大气湍流等一系列因素所造成的激光光束偏离预期位置的不利因素。快速倾斜镜具备谐振频率高、跟踪精度高、响应速度快等一系列的优点，在空间光通信中能够与粗瞄系统配合完成复合轴的跟踪系统，进一步的提高系统的跟踪精度，降低系统的跟踪误差。如图1-3所示，为德国PI公司的S-330型号的快速反射镜的实物图，S-330型号的快速反射镜最大偏转能够达到2mrad。在实际的应用过程中通过快速倾斜镜内部的压电陶瓷作动器的伸长缩短来控制镜面的偏转进而达到控制光束的目的。图1-3快速倾斜镜的实物图从图1-4的快速倾斜镜的透视图中可以看出，在实际的快速倾斜镜内部是由四个压电陶瓷柱通过柔性铰链与镜面平台连在一起。值得注意的是快速倾斜镜的偏转方向为x轴和y轴两个方向，其中任意一个偏转轴都是由两个压电陶瓷作动器协同控制的。压电陶瓷柔性铰链镜面平台图1-4快速倾斜镜的透视图如图1-5所示，负责同一个偏转轴的两个压电陶瓷作动器1和2均有两个输入电极，为了控制上的方便在制作的过程中将两个压电陶瓷作动器的中间级连接
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电陶瓷迟滞非线性的成因与校正[J]. 史丽萍,魏艳波,魏喜雯,张波,徐艳春,瞿晓东. 黑龙江大学工程学报. 2013(02)
[2]卫星激光通信现状与发展趋势[J]. 赵尚弘,吴继礼,李勇军,王翔,马丽华,韩仲祥. 激光与光电子学进展. 2011(09)
[3]压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J]. 赖志林,刘向东,耿洁,李黎. 光学精密工程. 2011(06)
[4]基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制[J]. 郝双晖,蔡一,郑伟峰,刘杰,郝明晖. 微特电机. 2010(02)
[5]超磁致驱动器迟滞系统逆模补偿控制[J]. 王湘江,王兴松. 中国机械工程. 2007(10)
[6]卫星激光通信 Ⅰ链路和终端技术[J]. 刘立人. 中国激光. 2007(01)
[7]国内外空间光通信技术发展及趋势研究[J]. 孙兆伟,吴国强,孔宪仁,赵丹. 光通信技术. 2005(09)
[8]自由空间激光通信最新进展[J]. 马惠军,朱小磊. 激光与光电子学进展. 2005(03)
[9]压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析[J]. 崔玉国,孙宝元,董维杰,杨志欣. 光学精密工程. 2003(03)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
硕士论文
[1]基于迟滞环对称性的压电陶瓷迟滞补偿算法研究[D]. 李锐.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于Hammerstein模型压电陶瓷执行器迟滞非线性建模及控制方法[D]. 韩婷婷.吉林大学 2017
本文编号：2968779
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星激光通信示意图[8]
行建模分析。其中最为关键的就是补偿好压电陶瓷作动器的迟滞、蠕变等非线性特性，尽可能的保证压电陶瓷作动器在相对高频的输入信号作用下也能够得到有效的补偿。因此，有必要对压电陶瓷作动器的非线性特性以及速率相关特性进行深入分析，其中Hammerstein模型能够很好的满足控制需求。利用所建立的模型对压电陶瓷作动器进行开环上的补偿，然后再将开环补偿后的残差作为实际的控制量通过PID控制器来完成对压电陶瓷作动器的最终补偿，这种前馈加反馈的控制方式可以相对提高控制系统的响应速度，满足卫星激光通信的实际需求。图1-2卫星激光通信粗跟踪系统和精跟踪系统结构示意图
哈尔滨工业大学硕士学位论文-3-1.2快速倾斜镜的结构和工作原理快速倾斜镜作为精跟踪环节中的核心器件能够有效降低激光光束窄、发散角孝大气湍流等一系列因素所造成的激光光束偏离预期位置的不利因素。快速倾斜镜具备谐振频率高、跟踪精度高、响应速度快等一系列的优点，在空间光通信中能够与粗瞄系统配合完成复合轴的跟踪系统，进一步的提高系统的跟踪精度，降低系统的跟踪误差。如图1-3所示，为德国PI公司的S-330型号的快速反射镜的实物图，S-330型号的快速反射镜最大偏转能够达到2mrad。在实际的应用过程中通过快速倾斜镜内部的压电陶瓷作动器的伸长缩短来控制镜面的偏转进而达到控制光束的目的。图1-3快速倾斜镜的实物图从图1-4的快速倾斜镜的透视图中可以看出，在实际的快速倾斜镜内部是由四个压电陶瓷柱通过柔性铰链与镜面平台连在一起。值得注意的是快速倾斜镜的偏转方向为x轴和y轴两个方向，其中任意一个偏转轴都是由两个压电陶瓷作动器协同控制的。压电陶瓷柔性铰链镜面平台图1-4快速倾斜镜的透视图如图1-5所示，负责同一个偏转轴的两个压电陶瓷作动器1和2均有两个输入电极，为了控制上的方便在制作的过程中将两个压电陶瓷作动器的中间级连接
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电陶瓷迟滞非线性的成因与校正[J]. 史丽萍,魏艳波,魏喜雯,张波,徐艳春,瞿晓东. 黑龙江大学工程学报. 2013(02)
[2]卫星激光通信现状与发展趋势[J]. 赵尚弘,吴继礼,李勇军,王翔,马丽华,韩仲祥. 激光与光电子学进展. 2011(09)
[3]压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制[J]. 赖志林,刘向东,耿洁,李黎. 光学精密工程. 2011(06)
[4]基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制[J]. 郝双晖,蔡一,郑伟峰,刘杰,郝明晖. 微特电机. 2010(02)
[5]超磁致驱动器迟滞系统逆模补偿控制[J]. 王湘江,王兴松. 中国机械工程. 2007(10)
[6]卫星激光通信 Ⅰ链路和终端技术[J]. 刘立人. 中国激光. 2007(01)
[7]国内外空间光通信技术发展及趋势研究[J]. 孙兆伟,吴国强,孔宪仁,赵丹. 光通信技术. 2005(09)
[8]自由空间激光通信最新进展[J]. 马惠军,朱小磊. 激光与光电子学进展. 2005(03)
[9]压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析[J]. 崔玉国,孙宝元,董维杰,杨志欣. 光学精密工程. 2003(03)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
硕士论文
[1]基于迟滞环对称性的压电陶瓷迟滞补偿算法研究[D]. 李锐.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于Hammerstein模型压电陶瓷执行器迟滞非线性建模及控制方法[D]. 韩婷婷.吉林大学 2017
本文编号：2968779
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