壓電驅(qū)動微定位平臺的遲滯補(bǔ)償控制方法研究
發(fā)布時間：2020-12-06 20:09
納米級壓電驅(qū)動微定位平臺具有體積小巧、響應(yīng)速度快和驅(qū)動力大等優(yōu)點,應(yīng)用于微電子制造、超精密加工等領(lǐng)域。由于壓電陶瓷存在明顯的遲滯非線性,嚴(yán)重影響了定位系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。因此,遲滯非線性的處理和控制方法,是微定位平臺在實際應(yīng)用中需要解決的一類關(guān)鍵技術(shù)問題。本文以壓電驅(qū)動微定位平臺為研究對象,在自抗擾控制(ADRC)方法基礎(chǔ)上,研究遲滯非線性系統(tǒng)的高精度跟蹤控制方法。通過改進(jìn)ADRC,實現(xiàn)有效的遲滯補(bǔ)償,從而滿足平臺的高精度定位要求。具體研究內(nèi)容如下:首先,針對壓電微定位系統(tǒng),采用實驗方法測試遲滯現(xiàn)象并分析其特性。結(jié)合開環(huán)測試結(jié)果,分析了遲滯、蠕變等特性的產(chǎn)生原因及表現(xiàn)形式。在分析系統(tǒng)動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上,建立了微定位平臺的串聯(lián)兩箱模型,并對模型線性部分參數(shù)進(jìn)行了辨識,為后續(xù)控制算法的設(shè)計提供模型基礎(chǔ)。然后,提出一種ADRC的魯棒保性能設(shè)計方法。通過在ADRC框架中引入積分環(huán)節(jié),定量地表示誤差積分。利用Lyapunov定理,給出了閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定條件。引入包含誤差積分的保性能指標(biāo)衡量控制器的性能,通過求解嵌套優(yōu)化問題得到最小保性能指標(biāo)下的最優(yōu)控制器參數(shù),從而避免了參數(shù)試湊,并且在不增加控...
【文章來源】：華僑大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：109 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
壓電微定位實驗系統(tǒng)
型的壓電驅(qū)動器，堆疊式壓電陶瓷具定位技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。然而，堆著輸出位移增大，驅(qū)動力減小，因此的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。動的傳遞與能量的分配，從而將壓電出位移，是微定位系統(tǒng)的重要組成部鉸鏈支承的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來傳遞壓電驅(qū)動動機(jī)構(gòu)不同，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)利用本身擦、無間隙、靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)、臺內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理。其中 A、B、C、，堆疊式壓電陶瓷兩端聚集電荷，差驅(qū)動力 F。此時四個柔性鉸鏈會發(fā)生彈向的電壓時，柔性鉸鏈 AB 會向相反方外部，即壓電微定位平臺的位移輸出
因此通常采用電橋電路將應(yīng)變片微小的電阻變化轉(zhuǎn)化為易于測量的電壓或電流信號。所采用的雙臂電橋電路如圖2.3 所示。其中 Vcc 為電橋激勵電壓；1R 和3R 為固定電阻，2R 和4R 為應(yīng)變片；Vout 為電壓輸出端。采用電橋測量電路的電阻應(yīng)變片式傳感器，具有精度高、靈敏度高、便于應(yīng)用等優(yōu)點。5、調(diào)理電路。圖 2.3 所示的電橋電路的輸出電壓一般 μV 級，如此小的電壓量不能直接提供給 A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此需要調(diào)理電路對電壓信號進(jìn)一步處理。通過對電橋電路μV 級的輸出信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大與差分，并且經(jīng)過高精度的標(biāo)定后，將位置信號成比例地轉(zhuǎn)換為 0~5V 的位置電壓，從而可以確定電壓與位置的關(guān)系。位置電壓信號反饋給控制器的模擬輸入口（10 位分辨率），閉環(huán)控制分辨率約?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)重復(fù)控制器的永磁直線同步電動機(jī)魯棒控制[J]. 韓維敏,羅湘運(yùn),李世軍. 控制工程. 2016(02)
[2]自抗擾控制思想探究[J]. 高志強(qiáng). 控制理論與應(yīng)用. 2013(12)
[3]微分跟蹤器的研究與應(yīng)用[J]. 張海麗,張宏立. 化工自動化及儀表. 2013(04)
[4]自抗擾控制:思想、應(yīng)用及理論分析[J]. 黃一,薛文超. 系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué). 2012(10)
[5]MATLAB系統(tǒng)辨識工具箱在系統(tǒng)控制設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 鄭劍翔. 福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(05)
[6]跟蹤微分器濾波性能研究[J]. 武利強(qiáng),林浩,韓京清. 系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2004(04)
[7]智能材料結(jié)構(gòu)的研究與發(fā)展[J]. 謝建宏,張為公. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2004(01)
[8]從PID技術(shù)到“自抗擾控制”技術(shù)[J]. 韓京清. 控制工程. 2002(03)
[9]壓電陶瓷微致動器在計算機(jī)硬盤磁道定位機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用[J]. 李國榮,陳大任,張申,沈衛(wèi),殷慶瑞,畢超,郭偉,鄭廣德. 應(yīng)用科學(xué)學(xué)報. 2000(02)
[10]線性跟蹤微分器及其在狀態(tài)反饋控制中的應(yīng)用[J]. 王慶林,姜增如,劉喜梅. 北京理工大學(xué)學(xué)報. 1999(02)
博士論文
[1]多維超精密定位系統(tǒng)建模與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 陳輝.東南大學(xué) 2015
[2]壓電工作臺微定位系統(tǒng)建模與控制技術(shù)[D]. 張棟.山東大學(xué) 2009
碩士論文
[1]非對稱遲滯建模與遲滯系統(tǒng)辨識方法研究[D]. 付嬋君.華僑大學(xué) 2016
[2]座椅懸架系統(tǒng)的H_∞控制[D]. 趙穎博.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
本文編號：2901959
【文章來源】：華僑大學(xué)福建省
【文章頁數(shù)】：109 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
壓電微定位實驗系統(tǒng)
型的壓電驅(qū)動器，堆疊式壓電陶瓷具定位技術(shù)中具有廣泛應(yīng)用。然而，堆著輸出位移增大，驅(qū)動力減小，因此的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。動的傳遞與能量的分配，從而將壓電出位移，是微定位系統(tǒng)的重要組成部鉸鏈支承的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來傳遞壓電驅(qū)動動機(jī)構(gòu)不同，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)利用本身擦、無間隙、靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)、臺內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理。其中 A、B、C、，堆疊式壓電陶瓷兩端聚集電荷，差驅(qū)動力 F。此時四個柔性鉸鏈會發(fā)生彈向的電壓時，柔性鉸鏈 AB 會向相反方外部，即壓電微定位平臺的位移輸出
因此通常采用電橋電路將應(yīng)變片微小的電阻變化轉(zhuǎn)化為易于測量的電壓或電流信號。所采用的雙臂電橋電路如圖2.3 所示。其中 Vcc 為電橋激勵電壓；1R 和3R 為固定電阻，2R 和4R 為應(yīng)變片；Vout 為電壓輸出端。采用電橋測量電路的電阻應(yīng)變片式傳感器，具有精度高、靈敏度高、便于應(yīng)用等優(yōu)點。5、調(diào)理電路。圖 2.3 所示的電橋電路的輸出電壓一般 μV 級，如此小的電壓量不能直接提供給 A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此需要調(diào)理電路對電壓信號進(jìn)一步處理。通過對電橋電路μV 級的輸出信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大與差分，并且經(jīng)過高精度的標(biāo)定后，將位置信號成比例地轉(zhuǎn)換為 0~5V 的位置電壓，從而可以確定電壓與位置的關(guān)系。位置電壓信號反饋給控制器的模擬輸入口（10 位分辨率），閉環(huán)控制分辨率約?
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)重復(fù)控制器的永磁直線同步電動機(jī)魯棒控制[J]. 韓維敏,羅湘運(yùn),李世軍. 控制工程. 2016(02)
[2]自抗擾控制思想探究[J]. 高志強(qiáng). 控制理論與應(yīng)用. 2013(12)
[3]微分跟蹤器的研究與應(yīng)用[J]. 張海麗,張宏立. 化工自動化及儀表. 2013(04)
[4]自抗擾控制:思想、應(yīng)用及理論分析[J]. 黃一,薛文超. 系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué). 2012(10)
[5]MATLAB系統(tǒng)辨識工具箱在系統(tǒng)控制設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 鄭劍翔. 福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(05)
[6]跟蹤微分器濾波性能研究[J]. 武利強(qiáng),林浩,韓京清. 系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2004(04)
[7]智能材料結(jié)構(gòu)的研究與發(fā)展[J]. 謝建宏,張為公. 傳感技術(shù)學(xué)報. 2004(01)
[8]從PID技術(shù)到“自抗擾控制”技術(shù)[J]. 韓京清. 控制工程. 2002(03)
[9]壓電陶瓷微致動器在計算機(jī)硬盤磁道定位機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用[J]. 李國榮,陳大任,張申,沈衛(wèi),殷慶瑞,畢超,郭偉,鄭廣德. 應(yīng)用科學(xué)學(xué)報. 2000(02)
[10]線性跟蹤微分器及其在狀態(tài)反饋控制中的應(yīng)用[J]. 王慶林,姜增如,劉喜梅. 北京理工大學(xué)學(xué)報. 1999(02)
博士論文
[1]多維超精密定位系統(tǒng)建模與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 陳輝.東南大學(xué) 2015
[2]壓電工作臺微定位系統(tǒng)建模與控制技術(shù)[D]. 張棟.山東大學(xué) 2009
碩士論文
[1]非對稱遲滯建模與遲滯系統(tǒng)辨識方法研究[D]. 付嬋君.華僑大學(xué) 2016
[2]座椅懸架系統(tǒng)的H_∞控制[D]. 趙穎博.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
本文編號：2901959
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