基于滑模控制器的压电执行器线性化控制研究

针对传统的Bouc-Wen模型不能准确表征压电陶瓷执行器固有的迟滞非对称特征,导致控制精度受限问题,该文提出一种基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein模型结合的迟滞建模方法,基于利用卡曼状态预估的滑模控制的控制策略来提高控制精度。首先,利用粒子群算法对传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型的参数进行辨识,然后根据二阶系统的状态空间矩阵建立卡尔曼观测器,并根据卡尔曼观测器的状态预估利用滑模规律进行反馈补偿和建立逆模型进行前馈补偿,形成前馈-反馈复合补偿。通过数值仿真表明,在0~100 V峰值与0~100 Hz激励频率内,所建立的非线性模型能很好地描述与预测压电陶瓷执行器的动态输出。执行器位移在0~6μm时,传统的Bouc-Wen模型开环、基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型的平均迟滞误差分别为0.65495μm、0.18639μm;在50 Hz下,基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构的前馈PID补偿均方根误差为0.0885μm,其前馈滑模复合控制补偿均方根误差为0.047μm,仅为最大输出位移的0.78%,最大跟踪误差仅为0.153μm,精度提高了78%,说明该文所提出的基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型及其补偿控制算法,有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位控制。

《人物写生》

李成博，哈尔滨师范大学硕士研究生，研究方向：中国画。 凌金成，哈尔滨师范大学硕士研究生，研究方向：油画。