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基于Bouc-Wen模型的压电执行器的前馈线性化控制器

更新时间：2019-12-30 17:14:23 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：压电执行器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

本文提出并研究了利用Bouc-Wen模型构建压电陶瓷执行器的迟滞位移在线观测器的方法,并采用迟滞位移在线观测器构成前馈控制系统实现了压电陶瓷执行器的输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化.在此基础上设计了相应的数字控制算法,实现了一种基于数字信号处理器的前馈线性化控制器,建立了相应的实验装置并进行了实验验证.实验结果表明,当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值5V的正弦电压时(功率放大器放大倍数为20倍),压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.25μm和2.37％;当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值递增的三角波电压时,压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.80 μm和3.06％.采用DSP实现的前馈线性化控制器能够较好地实现压电陶瓷执行器输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化,而且由于是开环控制,成本较低.

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第36卷第7期

器

Chinese

Joumal

表学

Scientific Instnlment

V01．36 No．7

Jul．2015

2015年7月

基于Bouc— Wen模型的

行器的前

性化控制器

王代

，

松林，朱

(1．重大学光

技

及系教育部重点

室重 40∞44；2．重大学光 T程学院精密与智能

室重 400044)

摘要：本文提出并研究了利用Bouc— wen模型构建

陶瓷行器的滞位移在

器的方法，并采用滞位移在

器构成前控制系

字控制算法，

了

陶瓷行器的出位移与入控制

之

滞关系的性化。在此基

装置并行了

(功率放大器放大倍数 20倍)，

性化控制器的入控制率0．5 Hz幅

差和非性度分 1．80汕m和3．06％。采用DsP 的前

陶瓷行器出位移与入控制滞关系的性化，而且由于是开控制，成本

上

了相的数

了一种基于数字信号理器的前

性化控制器，建立了相

的

。果表

明，当前

性化控制器的入控制

出位移的最大差和非性度分

陶瓷行器出位移的最大

率0．5 Hz幅

V的正弦

陶瓷行

器

1．25“m和2．37％；当前

增的三角波

性化控制器能

低。

，

好地

之

关

中

：

陶瓷微行器；滞；性化；Bouc— wen模型；前控制

TH70l

分

号：TP211．4

文献

：A

国家准学科分

代

：510．8010

Bouc．Wen model based fbedf|0rward linearization controller f10r

micrO-actuators

piezoceramic

Wei

Songlin，Zhu

Daihua，Yan

Wang

(，， ’如60阳￡ory op幻e．!ecfro凡泌死c^加20彰，跏fe瑚

Mi凡如∽∥尉wn砌n

iM，C

，

i昭400舛4，吼i砌；

2．P他c函曲n& 咖Me k60mfo叫，co如 Q厂印如cfron泌En∥聊eri啊，劬o， ing‰ 倦打y， D，聊i愕4DD喇， iM)

this

method to constnJct an on· line obse搿er for the

of the

micro— actuaior

hysteresis displacement

belween the and lhe

output displacement

Abstract：In

paper，the

piezoceramic

the Bouc— Wen model is

and

the

hysteresis relationship

(PMA)utilizing

pmposed

explored．And

of the PMA is linearized wifh the f毫edforward contml

ohtained f．rom the on-line obseIver of the

hysteresis

concrol

applied

voltage

Based

system

control

the 1inearization

and

designed

fbec【fbrward linearization

the

method，che

displacement．

coITesponding digital

algorithm

contmller based

built，and

digilal signal processor(DSP)is developed．The corresponding experimenl equipment

experiment

the

ve“ncation is conducted． The

results show that the maximum absolute erIDr and

non· 1ine耐ty

with

output displacement

experiment

of the PMA are

and

when

0．5 Hz sinusoidal

control volt

of 5

a=ge

amplitude

V(the magnifica-

1．25¨m

2．37％，respectively

input

tion of the

power ampli6er 20)is applied

to the feedfbnv

d line撕zation

Ihe maximum absolute eITor and fhe non— lin—

controller；and

when

of the PMA are

and

0．5 Hz

contml

triangle— wave input Voltage

the

earity

with

output displacemenI

1．80“m

of the

3．06％，respectively

to the feedforward linearizatjon controlkr． The

behavior between the

increasing amplitude(the magni6cation

power ampli6er

20)is印plied

DSP

feedforward 1jne撕zation contmller

achieve the 1inea^zation of the

hysteresis

based

output displacement

and the

contml

of【he

is low cost due to the

contIDl．

PMA，and

applied input

voltage

open-loop

control

model；feed如rward

Keywords：面ezoceramic micm_actuator；hysteresi8；1inea— zation；Bouc— Wen

Received DaIe：2叭2拼

+基金目：高等学校科技新工程重大目培育金(708048)、新世

收稿日期：2012JD4

秀人才支持划(NCET旬5旬765)、中央高校基本科研

(CD-

Jxl 0121145)

目

助

万方数据

1515

第7期

王代等：基于Bouc— wen模型的

行器的前

性化控制器

(1)

z(￡)=七，M。(￡)+^(f)

式中：茗(￡) 陶瓷行器的出位移，“。(￡)

陶瓷行器的作用，蠡，陶瓷行器的

位移与作用的比率常量，^(￡)

量。利用Bouc— wen 滞算子模

㈧：

引

言

出

之

滞位移分

陶瓷行器具有体小、能量密度高、分辨率

高、响快、作用力大等点⋯ ，因而被广泛用于构成精

密定位系、微机和超精密加工系。由于

滞位移分量，可以表

系

示

陶瓷行器的出位移与作用

之

呈

的

滞

^(￡)=A五。(f)一 l如。(f)I^(￡)一y五。(￡)I^(￡)l

(2)

特性，国内外学者提出并研究了由

陶瓷行器构成

的微位移系精密定位的控制方法，体上可

式中：^(f)

行器的作用

滞位移的一

数，五。(￡)

陶瓷

控制’2。4。和开控制”。l。

然

控制方法可以有效

H。(￡)的一

数，A、和y 需要

地减小基于

陶瓷行器的微位移系

的

滞

象，

感

确定的模型参数。

但

控制方法通常需要反感器(常用位移

式(1)和(2)定了描述

与作用

陶瓷行器出位移

器)及其相附加

存在定性和棒性

：一方面致成本上升；另一方面

。开控制方法主要通求解

之

滞关系的Bouc— wen模型。由式(1)

陶瓷行器的出位移与作用

性关系，它是由陶瓷行器

和(2)可知，

并不是一一

之

基于

陶瓷行器的微位移系的数学模型的逆模型

直接作用于逆模型消除微位移系

陶瓷行器的微位移系

模型和模型两。静

模型。8⋯ ，Preisach模型¨““j和

Prandtle— Ishlinskii模型”。。3|，均不能地跟踪陶瓷

的

并将控制

的滞

的作用

决定的性位移与滞位移的合成。但是

特性。目前，已建立的基于

的数学模型大致可分

模型主要有神

滞位移不能通

感器直接得，因此通 Bouc：一wen

静

滞算子构建描述

滞位移行在

陶瓷行器的滞位移在

。由式(2)可知

器

网

陶瓷

行

器的滞位移五(￡)可以由

陶瓷行器的作用

行器的出位移。

模型主要有Maxwell模型u⋯ 、

u。(c)得到，因此通式(2)可以构建

陶瓷行器的

多

式逼近模型。1’”o和Bouc— Wen模型u。”7，

模型均

陶瓷

滞位移在

器，得到在任意作用

下

陶瓷

存在大的差，而且利用其逆模型控制基于

行器的滞位移。

行器的微位移系的方法需要模型参数的二次辨

度和精度受到一定的影响。

，

2．2

基于Bouc-wen模型的前

性化控制原理

故

如果能将

陶瓷行器可以当作

行器与微位移机构的相关性，且能

的整体开周期，容易构成性微位移系。本文提

陶瓷行器的滞特性性化，

陶瓷行器的出位移与作用

之的比率

性

行器使用，减少

陶瓷

常量七．很小，

了

陶瓷行器的大位移出并

短微位移系

提供一定的瞬功率，采用功率放大器

入控制

放大J|}倍后得到

l(a)所示。

陶瓷行器的作用

M。(f)，如

出并研究了采用Bouc— Wen模型构建

陶瓷行器的

滞位移在

器的方法，并采用滞位移在

(3)

“{(￡)=七u，(￡)

器构成前控制系

了

陶瓷行器的出位移

式中：％是功率放大器的

放大倍数，“，(f)是入控

与

人控制

了相的数字控制算法，并采用数字信号理器

了将陶瓷行器

滞关系性化的控制

之

滞关系的性化。在此基上，

制

。

由于

陶瓷行器的出位移与作用

之

存

(d tal s逅nal pmcessor，DSP)

出位移与人控制

器，建立了相

在

重的滞特性，如果直接将入控制

放大后作

的

之

用于

陶瓷行器，

陶瓷行器的出位移与

的

系

，

性化控制器的特性

行

入控制

性化的期望目是得到

控制一一性关系，即：

同存在滞特性。陶瓷行器

了

。

陶瓷行器出位移和

人

的

2基于Bouc．Wen模型的前

性化控制

(4)

z，(f)=艮，托，(￡)

方法

式中：戈，(￡)是性化后

陶瓷行器出位移的性化，必

陶瓷行器的入控制，从而以非

化的陶瓷行器的出位移。在

陶瓷行器的出位移。

2．1

基于Bouc-wen模型的滞位移在

器

了

陶瓷行器的出位移与作用

之

存在

陶瓷行器

出位移看成是性分量和滞分量的叠加，并提出

行

重的滞特性，王代等人“8。

可将

性

来

的

文中，采用Bouc— wen模型

位移，并构成前控制系

陶瓷行器的

滞

出

如下模型：

万方数据

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