[發明專利]壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法及系統

在審

• 申請號: 202211520533.3
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115933393A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 汪寒;肖習;郭友明;黃林海;鮮浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

本發明提供一種壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法及系統，系統由一個高速參數辨識系統和一個逆模型前饋補償器組成；方法包括：S1.高速辨識校正，以控制信號S和壓電陶瓷驅動器辨識輸出ysubgt;i/subgt;為輸入，以Preisach遲滯模型的辨識參數μ為輸出；S2.逆模型前饋補償器，以期望輸入usubgt;r/subgt;和模型參數μ為輸入信號，輸出補償后電壓u；S3.模型校正反饋，以補償后的電壓u和模型參數μ為輸入信號，獲得壓電陶瓷位移輸出信號y和高速辨識校正模塊的控制信號S。本發明適用于對壓電陶瓷的高速辨識以及針對壓電陶瓷由于外界物理參數變化而導致的壓電陶瓷驅動器的參數變化的快速模型校正，從而提高逆前饋補償器的補償精度，對壓電陶瓷的非線性遲滯效應進行有效補償。

技術領域

本發明屬于遲滯非線性模型參數辨識和補償領域，具體涉及一種壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法及系統，其為一種采用Preisach遲滯算子映射模型對壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法及系統。

背景技術

壓電陶瓷驅動器是一種被廣泛應用于精密加工、微細驅動等領域中的核心器件，其具有響應快、分辨率高、剛度高等特點，相對于許多傳統驅動器性能優異，然而，壓電陶瓷驅動器由于自身材料特性，自身具有遲滯非線性特性，具體表現為驅動器輸出不僅與當前輸入有關，還與歷史輸入電壓有關，這一特性使得壓電驅動器的輸入-輸出關系不是簡單的線性關系，而是呈現一個電壓上升與下降時路徑不一致的“環狀”圖形，即遲滯環。在實際的工程應用中，理想的驅動器輸入輸出曲線應為線性關系，而壓電陶瓷的非線性遲滯效應使跟蹤誤差驟然增加，達到跟蹤誤差的10％以上，這嚴重影響了壓電陶瓷在實際應用中的性能，因此，對壓電陶瓷驅動器的遲滯動態模型進行準確辨識預測并且補償是十分重要的。

為了描述并補償遲滯非線性，人們提出了Preisach模型、P-I模型、Bouc-Wen模型等來描述遲滯動態，其中Preisach模型模型簡單有效，應用范圍廣泛，且無需解微分方程，因而被廣泛應用于描述非線性遲滯動態。但是傳統的Preisach模型辨識方法，需要進行大量的矩陣運算，計算復雜度高，導致進行一次完整的模型辨識耗時長，因此在包含多個驅動器同時工作的情形，例如應用于大型望遠鏡自適應光學系統的千單元變形鏡的促動補償系統上，此時難以進行高速參數辨識以校正模型誤差，使得逆前饋補償器的性能下降，增加整個系統的誤差，因此對壓電陶瓷驅動器的非線性遲滯動態進行高速辨識與補償具有十分廣泛的應用前景。

發明內容

本發明為了解決現有描述并補償遲滯非線性時，因外界物理環境變化而導致模型參數變化，增加補償器誤差的問題，本發明提供一種采用Preisach遲滯算子映射模型對壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法及系統。

本發明采用的技術方案為：一種壓電陶瓷驅動器遲滯非線性高速辨識和補償的方法，該方法采用Preisach遲滯算子映射模型，所述Preisach遲滯算子映射模型由N個遲滯算子組成，N為正整數，每個遲滯算子具有一個加權后輸出h，遲滯動態的大小取決于處于激發態遲滯算子輸出的和，所述方法包括如下步驟：

步驟S1、辨識信號生成模塊輸出電壓u_i輸入壓電陶瓷驅動器以獲得位移輸出信號y_i；

步驟S2、利用辨識信號輸出y_i對壓電陶瓷的Preisach非線性遲滯模型進行辨識；

步驟S3、利用辨識出的估計模型參數建立Preisach遲滯算子映射模型的逆模型，利用該逆模型補償壓電陶瓷遲滯非線性，所述的逆模型輸入為期望輸入u_r，輸出為壓電陶瓷的補償后控制輸入u。

優選的是，所述步驟S1包括：

步驟S11、產生調制變幅值辨識信號的辨識信號，在給定的建模參數下產生對應的變幅值辨識信號，并且該步驟受控于控制信號S，在系統進入模型校正狀態后重復該步驟。