双压电陶瓷微动进给平台控制策略及实验研究

发布时间：2020-04-21 00:11

【摘要】：压电陶瓷驱动器具有高精度、高分辨率的优点,被广泛应用于精密微动进给平台。但压电陶瓷驱动器本身具有磁滞非线性特点,降低了微动进给平台的定位精度及快速响应能力,甚至造成系统不稳定。控制策略对微动进给平台定位精度有直接影响,通过控制策略降低压电陶瓷的磁滞特性,提高平台的动态响应性能。本文以双压电陶瓷驱动的微动进给平台为研究对象,针对压电陶瓷的磁滞特性,建立磁滞逆模型,修正系统控制电压,补偿压电陶瓷的磁滞非线性;为进一步提高进给平台的定位精度及快速响应能力,运用双驱控制技术,搭建了双压电陶瓷驱动的微动进给平台,设计了双压电陶瓷复合控制策略,进行了平台运动和定位精度分析和实验。本文具体研究内容如下:(1)基于压电陶瓷的磁滞理论,分析Prandtl-Ishlinskii磁滞表达式,提出改进的Prandtl-Ishlinskii磁滞模型,描述非对称的压电陶瓷磁滞曲线。构造改进Prandtl-Ishlinskii逆模型,并使用逆模型前馈控制策略,降低压电陶瓷的磁滞非线性影响。(2)为进一步提高进给平台的控制精度,引入双驱控制技术,设计搭建了双压电陶瓷驱动的微动进给平台。对双压电陶瓷驱动的微动进给平台进行动力学建模分析,进行双压电陶瓷驱动实验,通过输入输出数据辨识微动进给平台的数学模型。(3)设计双驱控制策略及改进Prandtl-Ishlinskii逆模型前馈控制策略相结合的复合控制策略,复合控制策略既对磁滞非线性进行前馈修正,亦对定位误差进行反馈补偿,进一步提高微动进给平台的定位精度。(4)设计微动进给平台的控制软件,通过基于双压电陶瓷驱动的微动进给实验,进行单压电陶瓷复合控制策略(FF+PID+Signal PZT)及双压电陶瓷复合控制策略(FF+PID+Dual PZT)的控制性能实验,验证双压电陶瓷复合控制策略(FF+PID+Dual PZT)的有效性。
【图文】：

磁滞材料,物理原理,物理量,磁滞

武汉理工大学硕士学位论文基于电压为驱动源的前馈控制策略，磁滞现象虽然明显，但通过磁滞逆模型可以补偿压电陶瓷驱动器的磁滞引起的误差。而且这种控制策略所需设备简单，磁滞模型易于构建。因此，基于磁滞逆模型的前馈控制策略被广泛应用于压电陶瓷驱动器的控制系统中。与此同时，配合位移反馈闭环控制策略，进一步提高了微动进给平台的定位精度。磁滞逆模型前馈控制策略的难点是需要建立反映压电陶瓷驱动器磁滞固有特性的模型。模型的精度决定了控制器的控制精度。磁滞模型具有复杂性和多样性，至今为止，磁滞模型没有统一的标准。国内外学者基于不同材料及不同应用场合提出了不同的磁滞模型，用于描述不同的磁滞曲线。根据国内外学者提出的磁滞非线性模型，磁滞模型主要可以分为基于物理理论的磁滞模型和基于现象的磁滞模型。磁滞模型的分类如图 1-1 所示。

工作台,三自由度,柔性铰链

般指的是两个电机，两个电机布置在同一个自由度方向工作台单方向的运动。采用双驱控制技术，提高了工作台作台运动过程中的变形。同时，，双驱控制中的重心驱动向准确作用于工作台的重心，抑制了工作台因外部力及工作台的定位精度。台双驱运动历史发展历程中，初期工程师采用机械方式轮、同步带、链条等传动机构，通过单电机运动使得两械式双驱工作方式实现简单，降低了电机控制难度，但构的设计，使得传动机构复杂并且存在不稳定因素，双。随着电气技术及计算机技术的发展，工程师使用电气设计双驱运动，逐步代替机械式双驱运动。这种双驱控、灵活性及适应性，使得双驱工作台有较好控制效果及究现状，双驱控制技术一般可分为三种结构，即主从控耦合控制[22]。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703

【参考文献】