[發(fā)明專利]一種基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010342786.0 | 申請(qǐng)日： | 2020-04-27 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111459021A | 公開（公告）日： | 2020-07-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 安冬;楊奕瀟;須穎;李昊東;劉振鵬 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 沈陽建筑大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G05B11/42 | 分類號(hào)： | G05B11/42 |
| 代理公司： | 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234 | 代理人： | 陳曦 |
| 地址： | 110168 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 分段 pi 模型 納米 定位 平臺(tái) 補(bǔ)償 控制 方法 | ||
本發(fā)明的一種基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法，其步驟為：首先獲取壓電材料在往復(fù)線性電壓下非線性特征的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；再根據(jù)所得非線性特征的遲滯率判斷數(shù)據(jù)是否滿足分段點(diǎn)的條件；其次，將分段后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行建模并求逆；最后按序?qū)⒛婺Ｐ陀糜诜蔷€性特征補(bǔ)償。本發(fā)明的補(bǔ)償控制方法，應(yīng)用于精密機(jī)械電子工程領(lǐng)域中使用微納定位平臺(tái)的各產(chǎn)品，能夠?qū)^為復(fù)雜的往復(fù)線性電壓下的壓電材料非線性特征進(jìn)行建模，并達(dá)到高精度補(bǔ)償效果。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于控制工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法。
背景技術(shù)
控制工程技術(shù)方法是機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化智能化的重要理論。前饋控制方法通過收集信息觀察規(guī)律能夠估測(cè)趨勢(shì)并預(yù)先對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償是效果達(dá)到最優(yōu)，是一種常用的補(bǔ)償控制方法。壓電材料表現(xiàn)出的非線性特征遵循Madelung準(zhǔn)則，不具有變化性，不需要在控制中反饋，前饋控制是其最直接有效的補(bǔ)償方法。
補(bǔ)償控制中使用的唯象模型，是不解釋內(nèi)在原因而直接跟據(jù)其表現(xiàn)特性進(jìn)行描述的研究方法。PI模型由Play算子加權(quán)疊加建模，算子的對(duì)稱性和滯回特性能夠較好的描述壓電材料的非線性特征。與其他常用唯象模型相比，PI模型具有參數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于求逆模型等諸多優(yōu)點(diǎn)。
傳統(tǒng)的PI模型始終具有對(duì)稱性，這使模型并不能同時(shí)準(zhǔn)確近似升壓階段與降壓階段的遲滯特點(diǎn)。更改算子的方式可使傳統(tǒng)PI模型其變?yōu)閺V義PI模型、重置初值的方式能夠通過改變對(duì)稱偏向建模遲滯特征、分段擬合的方式可以消除極化影響。這些研究對(duì)納米定位平臺(tái)在單一線性電壓下的遲滯模擬精度有很大的提升，但在往復(fù)多段電壓表現(xiàn)出的非線性中，內(nèi)外環(huán)特征曲線不同，傳統(tǒng)PI模型與上述改進(jìn)模型均不能滿足納米定位平臺(tái)的高精度補(bǔ)償要求。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法，能夠?qū)^為復(fù)雜的往復(fù)線性電壓下的壓電材料非線性特征進(jìn)行建模，并達(dá)到高精度補(bǔ)償效果。
本發(fā)明的一種基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法，包括：
步驟1：獲取納米定位平臺(tái)的壓電材料在往復(fù)線性電壓下的非線性特征的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并獲得往復(fù)線性電壓下非線性特征曲線；
步驟2：根據(jù)非線性特征的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得相應(yīng)的遲滯率特征曲線，并根據(jù)遲滯率特征曲線的跳躍段對(duì)非線性特征曲線進(jìn)行分段；
步驟3：將分段后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行PI模型的建模并求逆；
步驟4：按序?qū)⒛婺Ｐ陀糜诜蔷€性特征補(bǔ)償。
在本發(fā)明的基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法中，步驟2具體為：
步驟2.1：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相鄰點(diǎn)得到近似的遲滯率特征曲線；
步驟2.2：遲滯率特征曲線在往復(fù)線性電壓的折點(diǎn)處能夠表現(xiàn)出跳躍段，設(shè)定閾值以識(shí)別此跳躍段，將其作為一類分段點(diǎn)并進(jìn)行劃分；
步驟2.3：少數(shù)經(jīng)由一類分段點(diǎn)劃分后的分段仍具有遲滯率導(dǎo)數(shù)符號(hào)不同的性質(zhì)，則將遲滯率導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)作為二類分段點(diǎn)并進(jìn)行二次劃分。
在本發(fā)明的基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法中，步驟2.1中遲滯率特征曲線的表達(dá)式如下：
式中，v為往復(fù)線性電壓，(vj,yj)與(vj+1,yj+1)是非線性特征曲線中相鄰的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)且滿足min(vj,vj+1)≤v＜max(vj,vj+1)。
在本發(fā)明的基于分段PI模型的納米定位平臺(tái)補(bǔ)償控制方法中，步驟2.2具體為：
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