[發明專利]一種基于逆補償和擾動觸發的壓電執行器控制方法

有效

• 申請號: 202110447991.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113110105B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 蘇良才;趙新龍;伍俊露;陳玲星
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 劉正君

本發明公開了一種基于逆補償和擾動觸發的壓電執行器控制方法。解決現有壓電遲滯模型難以進行控制器設計，得到遲滯逆模型解析表達式比較困難，以及壓電執行器控制方法不能兼顧干擾和控制性能的問題。設定輸入信號顯示表達的遲滯模型，得到遲滯逆模型解析表達式，對壓電執行器進行逆補償，結合估計擾動、擾動效應、壓電執行器狀態量建立擾動觸發控制器，對遲滯逆補償后壓電執行器進行控制。遲滯模型結構簡單，參數少，易于識別，方便控制器設計，能夠求解逆模型解析表達式。控制器考慮了逆遲滯模型補償殘留誤差和外部擾動，先判斷擾動對壓電執行器性能的影響，然后決定消除或保留擾動，提升了壓電執行器的性能。

技術領域

本發明涉及控制技術領域，尤其是涉及一種基于逆補償和擾動觸發的壓電執行器控制方法。

背景技術

壓電陶瓷因為其逆壓電特性，通過輸出電壓能夠輸出納米級的精確位移，被廣泛應用于精密設備中，如原子力顯微鏡、超聲電機、壓電微夾持器等。但是壓電本身存在的遲滯特性，使得輸入電壓和輸出位移無法線性對應，存在多值映射現象，容易引起系統振蕩、不穩定，這就為壓電執行器的精確控制帶來了困難。

針對壓電陶瓷的遲滯特性，目前常用的遲滯模型主要有Prandtl-Ishlinskii(PI)模型，Krasnoselskii-Pokrovskii(KP)模型，Bouc-Wen模型。PI模型是由算子加權疊加構成，結構簡單且能夠得到遲滯逆模型的解析表達式，但是難以直接進行控制器設計。Bouc-Wen模型參數較多，辨識過程復雜，獲得遲滯逆模型的解析表達式比較困難。進行逆模型補償是消除遲滯特性的常用方法，得到逆模型解析表達式的前提是遲滯模型的輸入能夠被顯示的表達。有必要設計一種新的遲滯模型，模型的輸入能夠被顯示的表達，并且模型參數少，方便辨識。

在進行遲滯逆模型補償后，能夠對遲滯特性進行補償，但是會有誤差殘留。需要在控制器設計過程中考慮殘留誤差和外部擾動以提高控制性能。常用的抗擾動方法有H_∞控制、自適應控制、滑膜控制等，這些控制方法都是通過提升系統靈敏度來實現抗干擾，不能兼顧抗干擾能力和控制性能。也有研究者提出了基于擾動觀測器的控制方法，通過觀測器得到擾動估計，然后通過前饋或者反饋的方式消除擾動。但是只考慮了擾動的負面影響，當擾動的方向和期望位移的方向一致時，擾動對系統的跟蹤性能是有益的，應該保留。

在本發明中設計了一種擾動觸發的控制方法，根據擾動方向和跟蹤誤差的關系來對擾動進行消除或者保留，提升控制系統的性能。

發明內容

本發明主要是解決現有技術中壓電執行器的壓電模型難以進行控制器設計，獲得逆模型解析表達式比較困難，以及抗擾動方法不能兼顧干擾和控制性能的問題，提供了一種基于逆補償和擾動觸發的壓電執行器控制方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種基于逆補償和擾動觸發的壓電執行器控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.根據輸入信號被顯示表達設計遲滯模型u(t)＝H(v)(t)，

u＝σ₁v+σ₂ξ (1)

其中v∈R，u∈R分別為遲滯模型的輸入和輸出，是輸入v的導數，ξ∈R是輔助變量，σ₁,σ₂是遲滯模型中的參數且為正，定義如下，

S2.根據遲滯模型求解遲滯逆模型解析表達式，構建遲滯逆補償結構，對壓電執行器進行遲滯逆補償；

S3.根據遲滯逆模型補償后的誤差以及系統的外部擾動，利用擾動觀測器進行系統整體的擾動估計，根據跟蹤誤差和整體擾動的正負進行擾動效應判斷，結合擾動估計、擾動效應、壓電執行器狀態量建立擾動觸發控制器；

S4.由擾動觸發控制器對遲滯逆補償后壓電執行器進行控制。