[發(fā)明專利]壓電驅動的前饋控制方法、裝置、設備及存儲介質

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110601611.1
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113268002B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 鐘博文
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 蘇州謹和知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本申請涉及一種壓電驅動的前饋控制方法、裝置、設備及存儲介質，其中，方法包括：基于預先構建的遲滯補償器，將各時刻壓電陶瓷致動器預設的目標位移作為輸入，得到壓電陶瓷致動器在各時刻與所述目標位移對應的輸入電壓；將各時刻的輸入電壓作用于壓電陶瓷致動器上，得到壓電陶瓷致動器在各時刻對應的實際輸出位移；所述輸入電壓使得壓電陶瓷致動器的實際輸出位移與目標位移的偏差位于預設范圍內。本申請設計了基于率相關非對稱遲滯模型的逆模型前饋補償器，用來消除率相關遲滯現(xiàn)象引起的位移跟蹤誤差，大幅削弱了率相關遲滯現(xiàn)象。解決現(xiàn)有壓電驅動因率相關遲滯現(xiàn)象的存在，導致輸出位移不可預測，給高速及高精度的位移控制帶來困難的問題。

技術領域

本申請涉及壓電驅動的前饋控制方法、裝置、設備及存儲介質，屬于數(shù)據(jù)處理技術領域。

背景技術

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，國防、航空、航天、微電子等尖端領域對超精密檢測和超精密加工提出了越來越多的需求。基于微納致動器的超精密定位技術作為微納操作的基礎及關鍵技術得到越來越多的重視。得益于壓電驅動具有分辨率高、體積小、推力大、響應快等優(yōu)點，壓電驅動成為了當前應用最為廣泛的超精密致動方案，在超精測量、航空航天、精密制造、顯微觀測等方向具有廣泛應用。

以上應用不僅需要高精度的定位，而且對操作效率提出了越來越高的要求，這就對壓電驅動的高動態(tài)定位性能提出了要求。

但是，壓電驅動的率相關遲滯現(xiàn)象的存在使對其施加電壓時，其輸出位移變得不可預測，給高速及高精度的位移控制帶來困難，得壓電驅動難以在保持高定位精度同時擁有較快的定位速度，影響了其對高動態(tài)位移跟蹤能力，限制了壓電驅動在有高動態(tài)需求的領域的進一步應用。

發(fā)明內容

本申請?zhí)峁┝艘环N壓電驅動的前饋控制方法、裝置、設備及存儲介質，以解決現(xiàn)有壓電驅動因率相關遲滯現(xiàn)象的存在，導致輸出位移不可預測，給高速及高精度的位移控制帶來困難的問題。

為解決上述技術問題，本申請?zhí)峁┤缦录夹g方案：

本申請實施例的第一方面，提供了一種壓電驅動的前饋控制方法，包括：

基于預先構建的遲滯補償器，將各時刻壓電陶瓷致動器預設的目標位移作為輸入，得到壓電陶瓷致動器在各時刻與所述目標位移對應的輸入電壓，所述遲滯補償器為對構建的率相關非對稱遲滯模型求逆得到的；

將得到的所述各時刻的輸入電壓作為最終用于驅動壓電陶瓷致動器的驅動電壓信號，作用于壓電陶瓷致動器上，控制壓電陶瓷致動器的實際輸出位移；所述輸入電壓使得壓電陶瓷致動器的實際輸出位移與目標位移的偏差位于預設范圍內。

進一步地，在本申請第一方面所述方法的一個實施例中，還包括構建所述遲滯補償器的步驟：

基于Bouc-Wen模型，將形狀控制函數(shù)的取值分為多個獨立取值的階段，所述形狀控制函數(shù)在各階段的取值具有非對稱性，得到壓電驅動的非對稱遲滯模型；

基于所述非對稱遲滯模型，引入率相關項，得到壓電驅動的率相關非對稱遲滯模型；

將前一采樣時刻的遲滯分量替代當前時刻的遲滯分量，并將預設的目標位移作為率相關非對稱遲滯模型的輸出位移，求所述率相關非對稱遲滯模型的逆模型，得到所述遲滯補償器；所述遲滯補償器的表達式以輸入電壓為因變量，以預設的目標位移為自變量。

進一步地，在本申請第一方面所述方法的一個實施例中，所述率相關非對稱遲滯模型為：

其中，t為采樣時刻，T為輸入信號的周期，ψ(t)表示形狀控制函數(shù)，h(t)為遲滯分量，x(t)為輸出位移，u(t)為t時刻的輸入電壓，為u(t)的微分，為h(t)的微分，為x(t)的微分，η為率相關參數(shù)，k為線性參數(shù)，A,γ,β₁～β₈為模型參數(shù)。