[發明專利]一種基于粒子群算法的壓電陶瓷驅動器控制方法

有效

• 申請號: 201810431624.7
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108696176B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李星科;陳學松;張麗麗;蔡述庭
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

一種基于粒子群算法的壓電陶瓷驅動器控制方法，包括以下步驟：S1.用機電耦合非線性總參數動力學模型對壓電陶瓷驅動器進行數學建模，得到壓電陶瓷驅動器的動力學模型為：S2.運用偽譜法對壓電陶瓷驅動器的動力學模型進行離散處理，將最優控制問題轉化為非線性規劃問題；S3.基于非線性規劃問題獲得粒子群算法的適應度函數；S4.采用粒子群算法對適應度函數進行求解，得到全局最優解。本發明能夠很好消除壓電陶瓷驅動器的遲滯特性，并提高壓電陶瓷驅動器的定位精度。

技術領域

本發明涉及壓電驅動器控制技術領域，具體涉及一種基于粒子群算法的壓電陶瓷驅動器控制方法。

背景技術

壓電陶瓷驅動器是精密定位與精密制造技術領域的重要元件之一，具有響應快、分辨率高、剛度大燈優點，并且不發熱、無磁干擾、無噪聲、易于控制，是理想的驅動、定位器件，被廣泛運用于精密制造業之中。但是，由于其本身的物理性質具有遲滯，蠕性，振動等非線性特性，致使在實際應用中給精密定位精度帶來一定的影響。目前，國內外控制壓電陶瓷驅動器的模型有很多，例如Preisach模型，Maxwell模型,Prandtle-Ishlinskii模型等。這些模型由于不能逆解析，形式復雜，參數多且不易確定，計算量大等不足，給實際操作帶來困難。現有的基于模型的補償控制算法是主流的方法，該方法要求建立遲滯的正逆模型，再將逆模型作為前饋補償環節加在控制通路上，實行對遲滯性的補償。但是在建立正確的逆模型很困難而且計算量大，不利于精度的控制，難以滿足精度要求。

故對壓電陶瓷驅動器建立新的數學模型，據此模型設計有效控制方法，對提高壓電陶瓷驅動器定位精度是很有必要的。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供了一種基于粒子群算法的壓電陶瓷驅動器控制方法，能夠很好消除壓電陶瓷驅動器的遲滯特性，提高壓電陶瓷驅動器的定位精度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于粒子群算法的壓電陶瓷驅動器控制方法，包括以下步驟：

S1.用機電耦合非線性總參數動力學模型對壓電陶瓷驅動器進行數學建模，得到壓電陶瓷驅動器的動力學模型為：

其中x為實際輸出位移，y為期望位移，u為控制變量，u^T為u的轉置矩陣，Q和R為權矩陣，q為流經非線性滯回子模型總電荷的線性部分電荷，w為非線性滯回子模型的輸入電壓，b為阻尼系數，k為彈簧剛度，m為壓電疊堆的等效質量，T₁、T₂、T₃、S₁、C₁、C₂和C₃均為常系數，T₄為電-機轉換器的比例系數，C₄為電-機轉換器的線性電容；

S2.運用偽譜法對壓電陶瓷驅動器的動力學模型進行離散處理，將最優控制問題轉化為非線性規劃問題；

S3.基于非線性規劃問題獲得粒子群算法的適應度函數；

S4.采用粒子群算法對適應度函數進行求解，得到全局最優解。

由上可知，本發明采用偽譜法對壓電陶瓷驅動器的動力學模型進行離散處理，使求解動力學模型的計算量減少，且求解精度更高，將最優控制問題等價轉化為非線性規劃問題，簡化了最優控制問題，對于非線性規劃問題更易求解其近似解，最后采用粒子群算法對非線性規劃問題進行求解，得到全局最優解。本發明能夠很好消除壓電陶瓷驅動器的遲滯特性，并提高壓電陶瓷驅動器的定位精度。

進一步地，所述步驟S2“運用偽譜法對壓電陶瓷驅動器的動力學模型進行離散處理，將最優控制問題轉化為非線性規劃問題”具體過程包括以下子步驟：