压电陶瓷执行器迟滞补偿与控制方法研究

发布时间：2021-03-20 11:33

　　在卫星激光通信系统中快速倾斜镜起着至关重要作用,其作为光路调整单元,通过不断地偏转运动,来调整光束角度,从而实现链路的畅通。由于星-地或星-星之间通信距离较远,正所谓‘差之毫厘谬之千里’,快速倾斜镜要想实现精密运动,其执行机构是关键所在。压电陶瓷执行器具有响应速度快、分辨率高、体积小、不发热以及无摩擦等优点是一个理想执行机构。由于压电陶瓷材料自身存在固有的非线性迟滞、蠕变特性。这些特性会造成系统的定位精度降低,甚至会引起系统振荡,最终造成系统不稳定。压电陶瓷的迟滞非线性特殊性,现有的数学模型难以精确地描述这种复杂的运动行为,这对压电陶瓷执行器建模和系统控制器的设计带来一定挑战。为解决这些问题,本文将以压电陶瓷执行器为研究对象,对非线性迟滞和蠕变的建模以及补偿控制等方法,进行深入和系统性地研究,最后将所研究的方法应用在快速倾斜镜系统中,获得了理想的控制效果。首先,为描述压电陶瓷执行器的迟滞行为,针对传统模型仅能描述静态对称迟滞和频率无关的缺点,提出一种基于Prandtl-Ishlinskii模型的分段解析模型,消除传统模型中的积分项,将迟滞行为分解为上升和下降两段,根据每段迟滞行为的运动... 

【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

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

扫频辨识示意图

第5章压电陶瓷执行器在快速倾斜镜中的应用研究-83-证本文所提出的方法具有一般性，不受某个型号执行器的限制，选择双轴快速倾斜镜执行器机构S-330，驱动电压为0-100V，偏转最大角度为2mrad，角分辨率精度为0.2rad。快速倾斜镜是将特殊反射镜片通过一定胶粘剂附着在压电陶瓷执行器S-330上，在压电陶瓷执行器作用下，快速倾斜镜实现偏转运动。在实验开始前，利用CCD探测器对压电陶瓷执行器进行校准，在单轴状态下，用一微小信号作用于压电陶瓷执行器，使其发生偏转，通过位置传感器反馈的位置信息和CCD探测的位置信息进行校正，以便进行后续的实验处理。图5-1S-330压电实验平台Fig.5-1S-330piezoelectricexperimentalplatform5.2.1快速倾斜镜运动学分析前文对压电陶瓷执行器结构进行了详细分析，而快速倾斜镜系统是将反射镜镜体是通过特制的胶粘剂附着在刚性平台上，刚性平台在驱动单元的作用下进行精密偏转运动，该驱动单元是由两组呈十字正交的两组压电陶瓷执行器构成，如图5-2为快速倾斜镜系统俯视图。图中在X轴向上，X1压电陶瓷执行器和X2压电陶瓷执行器为一组，控制快速倾斜镜绕Y轴旋转；在Y轴向上，Y1压电陶瓷执行器和Y2压电陶瓷执行器为组，控制快速倾斜镜绕X轴旋转，并且两组之间均为独立控制，互不干扰，每组压电陶瓷执行器的电压控制范围均为0-100V，两组独立的控制输入1和控制输入2分别控制快速倾斜镜的压电陶瓷组体中的X组和Y组压电陶瓷执行器运动。每组压电陶瓷柱体运动状态如图5-3所示，以X轴向压电陶瓷柱体为例，激光器PC电源控制电路驱动电路FSM

【参考文献】：
期刊论文
[1]压电陶瓷驱动器的迟滞特性[J]. 范伟,林瑜阳,李钟慎.  光学精密工程. 2016(05)
[2]堆叠型压电执行器的动态蠕变补偿[J]. 张承进,赵学良,刘红波.  光学精密工程. 2015(08)
[3]云模型和混沌粒子群算法的多目标无功优化[J]. 赵文清,王立玮,董月.  应用科技. 2014(04)
[4]压电作动器的率相关迟滞建模与跟踪控制[J]. 王钰锋,郭咏新,毛剑琴.  光学精密工程. 2014(03)
[5]压电驱动器的开闭环迭代学习控制[J]. 李朋志,闫丰,葛川,李佩玥,隋永新,杨怀江.  光学精密工程. 2014(02)
[6]压电陶瓷驱动平台自适应输出反馈控制[J]. 张利军,杨立新,郭立东,孙立宁.  自动化学报. 2012(09)
[7]压电陶瓷微动台的复合控制[J]. 王俐,饶长辉,饶学军.  光学精密工程. 2012(06)
[8]压电驱动器记忆特性迟滞非线性建模[J]. 张桂林,张承进,赵学良.  光学精密工程. 2012(05)
[9]压电陶瓷驱动器的滑模神经网络控制[J]. 魏强,张承进,张栋,王春玲.  光学精密工程. 2012(05)
[10]压电陶瓷执行器多模时变滑模逆补偿控制[J]. 赖志林,刘向东,陈振,任宪仁.  电机与控制学报. 2012(01)

博士论文
[1]光束指向控制设备中快速反射镜系统设计研究[D]. 方楚.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]快速控制反射镜结构及其动态特性的研究[D]. 王永辉.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004



本文编号：3090932