[发明专利]基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米定位领域，特别涉及一种基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法和装置。

背景技术

压电陶瓷执行器具有较高的负载能力、较大的驱动能力、以及高精度的定位分辨率，能实现纳米尺度的操纵，广泛应用于微系统、通信、半导体技术、生物技术以及航空航天技术等领域，是微装配系统、原子力显微镜或高精度定位操作手术设备等的核心部件。

在现有技术中，基于逆模型的迟滞补偿控制是应用最为广泛的压电陶瓷执行器控制方法，该方法首先建立迟滞特性的正模型，再由正模型求出迟滞特性的逆模型，最后在控制系统中加入使用该逆模型的前馈环节，实现对迟滞特性的补偿控制。

当使用上述方法对压电陶瓷执行器进行控制时，需在控制过程中求取迟滞特性的逆模型，计算量很大，难以适用于响应速度很快的压电陶瓷执行器，尤其是目标跟踪信号变化速度很快时，该方法的控制性能不能令人满意；此外，迟滞特性与作用于压电陶瓷执行器上的电压信号的频率密切相关，这也进一步对逆模型的精度造成了影响。

发明内容

本发明的第一个方面是提供一种基于模糊TS(Takagi-Sugeno)模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法，能够实现对压电陶瓷执行器的实时精确的控制，包括：

获取压电陶瓷执行器的电压位移采样数据组；

根据模糊TS模型，对所述电压位移采样数据组执行模糊聚类，获得多个线性子规则，并根据最小二乘辨识法获得各所述线性子规则的参数；

确定性能指标取最优条件下的各所述线性子规则对应的子预测控制律；

获取压电陶瓷执行器在一个采样周期内的电压位移预测数据组；

以所述电压位移预测数据组对所述线性子规则的满足度为权重对所述子预测控制律执行加权平均、确定最终预测控制律、并将所述最终预测控制律作为控制输出函数。

本发明的第二个方面是提供一种基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制装置，包括：

数据获取模块，用于获取压电陶瓷执行器的电压位移采样数据组，和获取压电陶瓷执行器在一个采样周期内的电压位移预测数据组；

模糊TS模型建立模块，用于根据模糊TS模型，对所述电压位移采样数据组执行模糊聚类，获得多个线性子规则，并根据最小二乘辨识法获得各所述线性子规则的参数；

子预测控制律确定模块，用于确定性能指标取最优条件下的各所述线性子规则对应的子预测控制律；

最终预测控制律确定模块，用于以所述电压位移预测数据组对所述线性子规则的满足度为权重对所述子预测控制律执行加权平均、确定最终预测控制律、并将所述最终预测控制律作为控制输出函数。

本发明的有益效果为：

本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法，通过采用模糊建模方法对压电陶瓷执行器以离线方式进行建模，减轻了在线建模的计算负担，并且在模糊模型确定以后，控制器就可以根据该模型进行设计子控制预测律，仅有最终控制律的解模糊算法需要在每一个采样时间内进行，减小了预测控制方法的计算量，因此能够实现对压电陶瓷执行器的实时精确的控制。

附图说明

图1是本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法实施例一的流程图；

图2是本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法实施例一的原理图；

图3是本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制装置实施例一的结构框图；

图4是本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制装置实施例一的应用现场图。

具体实施方式

图1是本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法实施例一的流程图，如图1示，本发明基于模糊TS模型的压电陶瓷执行器的预测控制方法，包括：

S101、获取压电陶瓷执行器的电压位移采样数据组，优选的，包括：

获取所述压电陶瓷执行器的电压和位移，并以线性向量形式表示电压位移采样数据组：

X＝[y(t-1),y(t-2),…,y(t-n_y),u(t),u(t-1),…,u(t-n_u)]∈R^p (1)

其中n_y为输出量y所对应的最大延迟，n_u为输入量u所对应的最大延迟，所述获取所述压电陶瓷执行器的电压和位移包括：