[發明專利]一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法

有效

• 申請號: 201310254046.1
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103336429A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 田大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

1.一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法，其特征是，該方法由以下步驟實現：

步驟一、壓電陶瓷線性化干擾觀測器（2）根據壓電陶瓷執行器（1）的位置響應以及輸入給壓電陶瓷執行器（1）的控制電壓估計出等效干擾，并對等效干擾進行補償，使壓電陶瓷執行器（1）的實際位移響應特性呈線性比例關系；

具體為：設定壓電陶瓷執行器（1）的位移響應為y(t)，初值為y(0)；輸入到壓電陶瓷執行器的控制電壓為u(t)，將壓電陶瓷執行器（1）推動的負載質量、非線性遲滯特性、外界干擾的集合和其它未建模動態擾動的集合視為一個等效干擾，所述壓電陶瓷執行器（1）的動力學特性表達式為：

y(t)=K_uu(t)+d(t)+y(0)，d(t)=H[u(t)]-My··(t)+dequ(t)+Δ-Kuu(t)]]>

式中，M為壓電陶瓷執行器推動的負載質量，H為非線性遲滯特性，d_equ為外界干擾的集合，Δ為其它未建模動態擾動的集合，d(t)為等效干擾，K_u為與非線性遲滯特性曲線接近的線性特性的線性系數；

所述壓電陶瓷執行器（1）的位移響應y(t)為在等效干擾影響下與輸入控制電壓u(t)成線性關系，等效干擾d(t)=y(t)-y(0)-K_uu(t)；在所述輸入控制電壓中減去等效干擾與比例系數（3）的乘積，實現對等效干擾的補償；

所述比例系數（3）的取值為壓電陶瓷線性化干擾觀測器（2）中的K_u的倒數；

步驟二、反饋控制器（4）根據壓電陶瓷執行器（1）實際位移響應與位置指令之間的偏差，計算反饋控制量；所述反饋控制量與線性指令前饋（5）輸出量疊加后得到的控制量u_r用于壓電陶瓷執行器（1）的位移響應y對指令進行跟蹤；

步驟三、所述線性指令前饋（5）根據線性化的壓電陶瓷執行器（1）響應特性，將位置指令信息輸入壓電陶瓷執行器（1），實現對壓電陶瓷執行器（1）的高精度控制。

2.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法，其特征在于，所述比例系數（3）取值的確定方法為：采用最小二乘法進行擬合，根據獲得壓電陶瓷執行器（1）的靜態輸入輸出關系，擬合一條與該輸入輸出關系最接近的直線，該直線的斜率倒數即為比例系數（3）。

3.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法，其特征在于，所述反饋控制器（4）由積分項和二重積分項累加構成，積分項和二重積分項具有可獨立調節的增益。

4.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法，其特征在于，所述線性指令前饋（5）為比例形式，大小與比例系數（3）相等。

5.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷執行器的高精度控制方法，其特征在于：所述最終輸入到壓電陶瓷執行器（1）的控制電壓u(t)為反饋控制器（4）的反饋控制量與線性指令前饋（5）的輸出量之和后再減去壓電陶瓷線性化干擾觀測器（2）輸出的等效干擾d(t)與比例系數（3）的乘積。