[發明專利]一種矩陣型自適應濾波器遲滯控制系統及方法

有效

• 申請號: 201911105627.2
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110661511B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 毛雪飛;孫思維;劉向東;黃夢琦;陳振
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發明公開了一種矩陣型自適應濾波器遲滯控制系統及方法，該系統包括：誤差計算模塊、自適應算法模塊、壓電陶瓷執行器和濾波器；濾波器包括：第一加法器、多個延遲算子以及多個濾波單元F_i，濾波單元包括：第二加法器、多個自適應加權模塊以及多個相同寬度的Backlash算子，各第二加法器的輸出端均與第一加法器的輸入端連接，第一加法器的輸出作為整個濾波器的輸出，誤差計算模塊用于根據兩個輸入信號確定誤差信號，自適應算法模塊用于根據誤差信號對各自適應加權模塊中的權值進行實時調整，利用調整后的濾波器對壓電陶瓷執行器進行遲滯補償，通過本發明中的濾波器降低遲滯特性對壓電陶瓷執行器的影響，以提高壓電陶瓷執行器的精度。

技術領域

本發明涉及遲滯控制技術領域，特別是涉及一種矩陣型自適應濾波器遲滯控制系統及方法。

背景技術

隨著科技的發展，納米定位技術和納米傳感技術逐漸應用于各種微納操作中，其中壓電陶瓷執行器由于其具有較高的精度，速度而被廣泛應用。但是在實際應用，由于該類材料存在非線性、遲滯、蠕變等特性，造成系統的重復定位精度較差。其中遲滯非線性對系統的精度影響較為明顯，其表現在于：記憶特性，輸出信號取決于當前輸入信號值和歷史輸入值，多值映射特性，相同的輸入信號可能對應不同的輸出信號。

為了降低遲滯特性對壓電陶瓷執行器的影響，目前主要是通過使用直接逆控制，反饋控制，前饋-反饋控制三種，大部分使用的控制器是通過建立精確的遲滯非線性的模型，通過遲滯模型對壓電陶瓷執行器進行遲滯補償控制。現有遲滯非線性模型有基于輸入輸出現象解釋的Preisach、Prandtl-Ishlinskii、Bouc-Wen、神經網絡模型、支持向量機、段相似模型等，還有基于物理原理解釋的MAXWELL等模型。其中Preisach模型使用遲滯算子，可以根據輸入輸出模擬遲滯結構，原理簡單，有較好的擬合效果，被廣泛應用。PI模型是將Preisach模型中的遲滯算子替換成Backlash遲滯元模型，由于Backlash算子具有記憶歷史輸入的特性，所以提高了建模精度，但是此類模型較為復雜。而神經網絡和支持向量機等機器學習模型使用輸入輸出的數據作為訓練集，然后來預測系統的輸出，但是容易陷入局部最優和過擬合的問題。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種矩陣型自適應濾波器遲滯控制系統及方法，通過自適應濾波器降低遲滯特性對壓電陶瓷執行器的影響，以提高壓電陶瓷執行器的精度。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種矩陣型自適應濾波器遲滯控制系統，所述遲滯控制系統包括：誤差計算模塊、自適應算法模塊、壓電陶瓷執行器和濾波器；

所述濾波器包括：第一加法器、多個延遲算子以及多個濾波單元F_i，其中i＝1,2,3...m；

所述濾波器的輸入端分別經過i-1個延遲算子與第i個濾波單元的輸入端連接，所述濾波器的輸入端、i-1個延遲算子與第i個濾波單元構成一級；

所述濾波單元包括：第二加法器、多個自適應加權模塊以及多個相同寬度的Backlash算子，多個相同寬度的Backlash算子形成串聯結構，首部Backlash算子的輸入端為濾波單元的輸入端，首部Backlash算子的輸入端信號、尾部Backlash算子的輸出端信號以及相鄰兩個Backlash算子之間的信號被引出，分別連接到各自對應的自適應加權模塊的輸入端，每個自適應加權模塊的輸出端均與所述第二加法器的輸入端連接；

各所述第二加法器的輸出端均與所述第一加法器的輸入端連接，所述第一加法器的輸出作為整個濾波器的輸出；