[發明專利]一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法、系統及介質

有效

• 申請號: 201811625537.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109557816B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李自成;張賽;王后能;曾麗;熊濤
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 姜展志

1.一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取壓電陶瓷執行器在輸入電壓下產生的輸出位移，并根據所述輸出位移和所述輸入電壓建立遲滯模型；

步驟2：對所述遲滯模型進行參數辨識，得到目標遲滯模型；

步驟3：根據所述目標遲滯模型設計分數階滑模控制器，并采用所述分數階滑模控制器對所述壓電陶瓷執行器進行控制；

所述步驟1具體采用基于質量-彈簧-阻尼數學物理模型的建模方法建立所述遲滯模型；所述遲滯模型具體為Bouc-wen等效遲滯模型，所述Bouc-wen等效遲滯模型的具體公式為：

其中，y(t)為所述輸出位移，u(t)為所述輸入電壓，h(t)為所述Bouc-wen等效遲滯模型的遲滯分量，為所述遲滯分量對時間的一階導數，D₀、A、β、γ和n均為反映遲滯特性的模型參數，為所述輸入電壓對時間的一階導數，α為權重系數，k_s為所述壓電陶瓷執行器的第一等效剛度系數，k為反映所述遲滯特性的第二等效剛度系數，k₁和k₂均為根據α、D₀、k和k_s所得的第一簡記系數；

在所述步驟1中，還包括對所述Bouc-wen等效遲滯模型進行修正，得到修正Bouc-wen模型，所述修正Bouc-wen模型的具體公式為：

其中，y₁(t)為修正輸出位移，u₁(t)為修正輸入電壓，h₁(t)為所述修正Bouc-wen模型的修正遲滯分量，d為修正遲滯分量差值，為相位差值，為所述修正遲滯分量對時間的一階導數，為所述修正輸入電壓對時間的一階導數；

所述步驟2中具體采用差分進化方法對所述修正Bouc-wen模型進行參數辨識，得到所述目標遲滯模型；

所述步驟3具體包括以下步驟：

步驟31：根據所述目標遲滯模型中的所述修正輸出位移與預設的參考位移之間的位移誤差確定所述分數階滑模控制器的滑模面；

所述滑模面為：

e＝y₁-y_d；

其中，s為所述滑模面，e為所述位移誤差，y₁為所述修正輸出位移的值，y_d為所述參考位移，c₀為所述分數階滑模控制器的比例參數且c₀＞0，D為分數階運算，λ為分數階的階數；

步驟32：根據所述滑模面確定所述分數階滑模控制器的控制律，并根據所述控制律、所述滑模面和所述目標遲滯模型，得到所述分數階滑模控制器的控制信號；

所述控制律為：

其中，為所述滑模面的一階導數，k₀為指數趨近項系數，ε為趨近速度，sgn(·)為開關函數；

所述控制信號的具體公式為：

其中，u_c(t)為所述控制信號，m為所述質量-彈簧-阻尼數學物理模型的等效質量，c為所述質量-彈簧-阻尼數學物理模型的等效阻尼系數，k₃和k₄均為根據k₁和k₂所得的第二簡記系數；

步驟33：根據所述控制信號對所述壓電陶瓷執行器進行控制。