[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

本發明涉及一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法、系統及介質，方法包括獲取壓電陶瓷執行器在輸入電壓下產生的輸出位移，并根據輸出位移和輸入電壓建立遲滯模型；對遲滯模型進行參數辨識，得到目標遲滯模型；根據目標遲滯模型設計分數階滑模控制器，并采用分數階滑模控制器對壓電陶瓷執行器進行控制。本發明由輸出位移與輸入電壓的關系來描述遲滯特性，能更好地描述遲滯特性與壓電陶瓷執行器的關系，由分數階滑?？刂破骺刂茐弘娞沾蓤绦衅?，較好地抑制滑模面的抖動問題，且計算過程少、計算難度低，可以在很大程度上保證對壓電陶瓷執行器控制的實時性，控制效果更好，能更有效地抑制壓電陶瓷執行器在工作過程中的遲滯特性。

技術領域

本發明涉及機電控制技術領域，尤其涉及一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法、系統及介質。

背景技術

壓電陶瓷執行器具有體積小、能量密度高、定位精度高、分辨率高、頻響快等優點，在精密定位、微機電系統、微納米制造技術、納米生物工程等領域中得到了廣泛應用。

例如，柔性電子需要在任意形狀的柔性襯底上實現納米特征微納結構宏觀器件的大面積集成，制造過程涉及到聚合物、金屬、非金屬、納米材料等物理特性迥異材料的功能界面的精確形成，這對制造裝備的驅動、定位和運動控制性能提出了極大挑戰。因此，微觀尺度內的亞微米精密定位和運動控制技術成為必要手段。

壓電陶瓷執行器是利用壓電材料在電場中產生逆壓電效應或電致伸縮效應，直接將電能轉化為機械能從而產生微小位移，并通過位移放大機構(例如柔性餃鏈等)來實現高分辨率位移輸出的精密執行器。然而作為一種極性材料，壓電陶瓷本身固有的非線性特性，如遲滯、溫度、蠕變和動態頻率特性等，尤其是遲滯特性，直接影響了系統的運動性能，給跨尺度噴印制造中的精密定位和跟蹤帶來了困難和挑戰。

目前，針對遲滯特性的抑制方法有多種，例如基于遲滯模型的追蹤的模糊PID控制方法，該方法首先通過建模得到壓電陶瓷執行器的遲滯模型，然后利用該遲滯模型設計相對應的PID控制器并用模糊控制規則來實現對PID控制器中比例常數k_p、積分常數k_i和微分常數k_d的設計以補償壓電陶瓷執行器的輸出位移，但目前該方法存在以下缺點：

1、遲滯模型是理想物理模型而存在模型誤差，與遲滯特性的擬合度不夠高；

2、遲滯模型需要辨識的參數較多，辨識過程較復雜，且效果不佳；

3、因為模糊規則的設定使計算過程較復雜，導致計算難度較高，實時性差，且遲滯特性的抑制效果一般。、

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法、系統及介質。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種壓電陶瓷執行器遲滯特性的抑制方法，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?？刂破鲗λ鰤弘娞沾蓤绦衅鬟M行控制。