[發明專利]一種壓電陶瓷微動平臺的數據驅動自適應滑模迭代控制方法

在審

• 申請號: 202310094284.4
• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN115933414A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周淼磊;李天南;王一帆;趙晨;方舟;于業偉;高巍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 吉林省中玖專利代理有限公司 22219
• 代理人: 李泉宏

本發明公開了一種壓電陶瓷微動平臺的數據驅動自適應滑模迭代控制方法，屬于微納控制技術領域。該方法在基于緊格式動態線性化的數據驅動自適應滑模迭代控制中引入了自適應學習率，設計數據驅動控制器。與現有的技術相比，本發明不需要任何壓電陶瓷微動平臺的遲滯非線性模型等其他模型的信息，引入了緊格式動態線性化數據模型，避免了對平臺建模的復雜過程和所建模型的精確度對控制器有效性的影響；在迭代過程中采用自適應學習率，使得在每一時刻算法都能選取到最合適的學習率從而進一步提高控制器的控制性能。

技術領域

本發明屬于微納控制技術領域，更具體地，涉及一種壓電陶瓷微動平臺的數據驅動自適應滑模迭代控制方法。

背景技術

隨著高端制造行業、超精密機械加工等一系列工業方向的高速發展，壓電陶瓷被廣泛應用于精密芯片制造業、醫學成像、超聲馬達、航空航天設備等超精密定位領域。但由于壓電陶瓷材質本身具有很強的遲滯非線性特性以及蠕變特性，在進行實際軌跡跟蹤實驗時會嚴重影響其控制精度，甚至導致發散。因此解決其固有的非線性問題是提高壓電陶瓷微動平臺應用范圍的重要問題。

為了提高壓電微動平臺的控制精度，學者們已經提出了各種基于離線數學模型的控制方案。谷國迎等人采用改進PI模型對壓電執行器進行遲滯逆補償從而實現精密控制。康考迪亞大學的蘇春翌等人利用魯棒自適應滑模控制策略實現了對壓電陶瓷微定位平臺的高精度跟蹤控制；中國科學院大學的程龍等人采用模型預測控制方法實現了對壓電陶瓷微定位平臺的高精度軌跡跟蹤控制。這些控制方法對于離線模型的精度有著很高的要求，而在面臨許多實際的控制問題時，其被控對象的數學模型往往難以建立，甚至無法獲取。因此，許多研究人員開始對數據驅動控制方法展開研究。侯忠生等人提出了一種數據驅動自適應控制方法，該方法僅依靠系統的I/O數據便可以對被控系統進行有效的控制，從而避免了離線數學模型帶來的一系列問題。由于其適用性強，可以避免復雜的離線數學模型建立等優點，許多學者在其基礎上提出了各種數據驅動控制方法。張永昌等人提出了一種數據驅動預測控制用于驅動永磁同步電機。王印松等人提出了一種數據驅動自適應終端滑模控制，并實現了對水箱的高精度控制。其中數據驅動滑模控制由于其克服系統不確定性能力強等特點在解決各種非線性系統的軌跡跟蹤問題時呈現了很好的性能。

為了進一步提高數據驅動滑模控制的控制精度，人們提出數據驅動滑模迭代學習控制，利用迭代學習控制能夠不斷優化自身控制性能的特點，在迭代時不斷提升數據驅動滑模控制的控制精度。但在迭代過程中，由于不斷追求控制精度的提高，往往會忽視系統的收斂性能，從而造成系統收斂速度慢以及收斂過程中抖振幅度過大等現象，嚴重影響控制性能。其中學習率對于迭代學習控制環節的控制效果起著至關重要的作用，學習率選取過大會使得系統在迭代過程中逐漸發散，而學習率選取過小又會使得系統達到收斂所需迭代次數過多，以及控制精度過低等缺點。因此在實際操作過程中，選取一個合適的學習率往往需要大量的工作。即使最終獲得了一個較為合適的學習率，由于其為一固定值，在迭代過程中往往無法兼顧系統的收斂性能以及控制精度。

因此，如何對迭代過程中學習率進行改進具有很強的研究意義。在所提方法中，提出了一種自適應學習率替代以往的固定學習率，使其迭代過程具有自適應性。從而提高收斂性能以及控制精度。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種壓電陶瓷微動平臺的數據驅動自適應滑模迭代控制方法，其目的在于，不需要任何與平臺有關的模型參數信息，通過對壓電陶瓷微動平臺采用數據驅動自適應滑模迭代控制的方法，提高對壓電陶瓷微動平臺的軌跡跟蹤精度。

本發明用以下方案實現：

一種壓電陶瓷微動平臺的數據驅動自適應滑模迭代控制方法，具體包括以下步驟：

步驟1：在對壓電陶瓷微動平臺建立緊格式動態線性化的數據模型，通過控制輸入準則函數得到基于緊格式動態線性化的數據驅動自適應控制器。

將壓電陶瓷微動平臺描述為如下非線性非仿射系統：