[发明专利]压电陶瓷执行器迟滞特性的复合线性化控制方法及其实现电路

摘要

本发明公开了一种压电陶瓷执行器的复合线性化控制方法及其实现电路。该复合线性化控制方法包括前馈线性化控制和闭环线性化控制，前馈线性化控制方法通过建立的压电陶瓷执行器的数学模型，构建迟滞分量观测器观测压电陶瓷执行器件在控制电压作用下的迟滞分量，计算出补偿该迟滞分量所需要的补偿电压，将补偿电压与控制电压叠加得到实际驱动电压作用于压电陶瓷执行器使其产生位移输出；闭环线性化控制利用位移传感器得到前馈线性化误差，通过闭环控制把该误差降低为零，该复合线性化控制器包括控制信号发生器、模数转换器、复合线性化控制器、数模转换器、功率放大器、位移传感器和信号调理电路。采用本发明能够将压电陶瓷执行器输出位移与控制电压之间的迟滞非线性关系线性化，极大地简化压电陶瓷执行器的控制算法，提高其定位精度。

主权项

1.一种压电陶瓷执行器迟滞特性的复合线性化控制方法，其特征在于：所述复合线性化控制方法包括前馈线性化控制和闭环线性化控制，通过前馈线性化控制将输入压电陶瓷执行器的控制电压转换为驱动电压作用于压电陶瓷执行器使其产生位移输出，并使用位移传感器测量出该位移形成反馈，构建闭环系统，利用闭环线性化控制对前馈线性化控制的误差进行调节，采用复合线性化控制后压电陶瓷执行器的输出位移与控制电压成线性关系，所述方法包括以下步骤：（1）压电陶瓷执行器的输出位移与驱动电压之间的迟滞为线性分量和迟滞分量的叠加，利用Bouc-Wen迟滞算子模拟所述迟滞分量，得到压电陶瓷执行器的Bouc-Wen模型为：其中，为时间；为压电陶瓷执行器的输出位移；为输出位移与补偿后的驱动电压比率常量；为补偿后的驱动电压；为初始状态下存在的位移；为压电陶瓷执行器的迟滞分量；为驱动电压对时间的一阶导数；为迟滞分量对时间的一阶导数；、、和为模型的参数；（2）利用Bouc-Wen迟滞算子构建在线迟滞分量观测器以在线估计压电陶瓷执行器的迟滞分量，由于补偿后的电压不可知，用控制电压代替补偿后的驱动电压，得到迟滞分量的估计值，迟滞分量观测器的表达式为：其中，为压电陶瓷执行器的控制电压；为控制电压对时间的一阶导数；为迟滞分量的估计值；为迟滞分量对时间的一阶导数；、、和为模型的参数；（3）利用得到的迟滞分量的估计值，令，得压电陶瓷执行器的输出位移与控制电压的关系表达式为：其中，为压电陶瓷执行器的输出位移；为输出位移与补偿后的驱动电压比率常量；为压电陶瓷执行器的控制电压；为初始状态下存在的位移；（4）令，即为前馈线性化控制误差，采用闭环控制调节驱动电压，使得等于零，得压电陶瓷执行器的输出位移与控制电压的关系表达式为：。