压电陶瓷非线性迟滞模型研究

发布时间：2017-03-30 03:17

  本文关键词：压电陶瓷非线性迟滞模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展，微纳米精密定位系统成为研究热点，定位精度对于微纳米定位系统是一个很重要的指标，而定位系统中驱动器件的性能对定位精度有很大影响。在众多驱动器件中压电陶瓷驱动器具有体积小、承载力大、分辨率高、无噪声、不发热等优点，被广泛应用于微定位系统。但是压电陶瓷还具有迟滞非线性现象，在开环条件下给系统的控制带来了困难。 本文针对压电陶瓷的迟滞非线性问题，结合国家自然科学基金项目“压电陶瓷高速动态精密定位驱动机理与控制方法研究”,采取建立迟滞模型并进行有效控制的方法来减小迟滞非线性的影响。 首先基于Prandtl-Ishlinskii迟滞算子建立了压电陶瓷的PI迟滞模型，该迟滞模型可以精确地描述迟滞非线性现象。在此基础上利用初始负载函数对PI迟滞模型进行分析推导，求得了压电陶瓷PI迟滞逆模型，为进一步对压电陶瓷驱动器进行自适应逆控制提供了模型基础。 基于所建立的压电陶瓷PI迟滞模型及其逆模型，，应用LMS滤波器设计了自适应逆控制算法，能有效实现对压电陶瓷驱动器迟滞模型中权系数的自适应调整。搭建微定位实验系统，对建立的PI迟滞模型进行了实验研究。实验结果表明，利用自适应逆控制算法，可以使系统的输出线性误差得到明显改善。 结合压电陶瓷迟滞曲线的特点和微观极化理论基础，建立了线性变换迟滞数学模型，并通过对迟滞曲线剪灭特性的分析，得到了改进的线性变换压电陶瓷迟滞数学模型，最后用所建立数学模型预测的迟滞曲线和实测值进行对比，验证了所建立模型的准确性。
【关键词】：压电陶瓷 非线性 迟滞 逆控制
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-19
• 1.2.1 压电陶瓷迟滞数学模型研究现状10-17
• 1.2.2 压电陶瓷驱动器控制方法研究现状17-19
• 1.3 论文主要研究内容19-20
• 第二章 压电陶瓷非线性理论基础20-34
• 2.1 压电陶瓷概述20-22
• 2.2 压电效应与压电方程22-25
• 2.2.1 压电效应22-23
• 2.2.2 压电方程及边界条件23-25
• 2.3 非线性本构理论25-31
• 2.3.1 压电陶瓷极化原理26-28
• 2.3.2 电畴转向理论28-30
• 2.3.3 压电陶瓷非线性本构关系30-31
• 2.4 压电陶瓷迟滞非线性现象31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 压电陶瓷 PI 迟滞模型研究34-52
• 3.1 PI 迟滞模型的建立34-37
• 3.1.1 基于 PI 算子的迟滞模型34-35
• 3.1.2 基于 PI 算子的迟滞逆模型35-37
• 3.2 自适应逆控制方法设计37-44
• 3.2.1 自适应滤波方法38-39
• 3.2.2 最速下降法39-40
• 3.2.3 LMS 算法40-42
• 3.2.4 自适应逆控制原理42-44
• 3.3 微纳米定位实验44-51
• 3.3.1 实验系统44-45
• 3.3.2 实验及结果45-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 改进的线性变换压电陶瓷迟滞数学模型52-66
• 4.1 线性变换迟滞模型的推导52-57
• 4.1.1 微观极化理论基础52-53
• 4.1.2 线性变换迟滞数学模型的建立53-57
• 4.2 改进的迟滞数学模型57-62
• 4.2.1 压电陶瓷剪灭特性57-60
• 4.2.2 迟滞数学模型的求解60-62
• 4.3 模型与实测值的对比62-65
• 4.3.1 参考迟滞曲线与实测值的对比62-63
• 4.3.2 迟滞模型与实测值的对比63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73
• 附录73-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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本文编号：276109