改进Duhem模型的压电迟滞建模及参数辨识方法

针对压电执行器的迟滞非线性问题,提出一种压电执行器迟滞非线性建模方法,通过引入迟滞非线性项和反余切函数对经典Duhem模型进行改进,再根据实验测量的压电执行器位移数据,使用引入正弦余弦学习因子的改进粒子群算法对迟滞模型进行参数辨识。结果表明,改进粒子群算法参数拟合的适应度均优于传统粒子群算法。此外,相比经典Duhem模型,改进Duhem模型能够更加精确地描述压电执行器在高振幅高激励下的迟滞现象,具有较好的激励泛化性。通过对10组实验结果进行误差分析,改进Duhem模型的均方根误差平均下降了89.47%,验证了所提方法的有效性。

基于Duhem模型和逆模型的压电执行器精密定位及控制

为提高压电执行器的定位精度,研究了压电执行器的Duhem模型及逆模型,并对传统的Duhem模型进行改进,将原有的模型分为上下2个半环,分别进行建模.然后采用样条曲线插值和神经网络对Duhem模型参数进行辨识,利用辨识结果建立压电执行器的Duhem模型及逆模型,并利用PI逆模型作为PID反馈控制的前馈环节进行复合控制,提高压电执行器的定位精度.结果表明:该模型在变幅三角波电压下的输出绝对平均误差为0.081 0μm,复合控制下的输出绝对平均误差为0.053 9μm,能有效地提高压电执行器的定位精度.

压电陶瓷执行器的动态模型辨识与控制

为了提高精密定位系统中压电陶瓷的控制精度,研究了压电执行器的动态模型及逆模型。根据Weierstrass第一逼近定理,提出了以多项式函数逼近Duhem模型中的分段连续函数f(·)和g(·),并应用递推最小二乘算法辨识Du-hem模型的参数α及f(·)和g(·)的多项式系数,建立了压电陶瓷执行器的非线性参数化动态模型。利用辨识结果建立压电陶瓷执行器的动态逆模型,避免对压电陶瓷执行器进行复杂的模型求逆;介绍了通过逆补偿和PID复合控制对压电陶瓷系统进行的控制。实验结果表明:仅通过逆补偿,可在0～200μm使得控制绝对误差小于0.8μm;在前馈逆补偿和PID环控制下,绝对误差可小于40nm,结果验证了算法的有效性。该算法结构简单,适应性强,便于工程实现。

可积反对称Duhem迟滞系统在非白噪声激励下的随机响应分析

运用随机平衡法，研究可积反对称Duhem迟滞系统在非白噪声激励下的随机响应根据能量等价性，将Duhem迟滞系统转化成非迟滞的非线性系统；再运用随机平均法，导出关于系统能量It^O随机微分方程与相应的FPK方程；求解该方程得到平稳概率密度，从而可计算响应统计量。通过例子分析表明，本文方法的结果与数字模拟非常吻合。

压电陶瓷作动器的改进Duhem迟滞建模

针对压电陶瓷作动器自身存在的迟滞特性,且在高频信号下迟滞现象更严重的问题,该文提出了一种基于单输入单输出关系建立的改进Duhem模型。根据实验测得压电陶瓷作动器输入输出数据,采用差分进化算法辨识得到作动器的参数化模型,并通过与经典Duhem模型进行对比,验证了该模型的有效性。实验结果表明,与经典Duhem模型相比,改进Duhem模型在输入频率为1 Hz、20 Hz、60 Hz和100 Hz时,相对误差下降了0.0121~0.0315,均方根误差下降了0.3777~1.2248μm,证明了该文所提出模型的有效性。

基于Duhem前馈逆补偿的压电陶瓷迟滞非线性自适应滑模控制

针对压电陶瓷的动态迟滞非线性,研究了基于Duhem逆模型前馈补偿的滑模自适应控制策略。首先,利用多项式逼近Duhem模型中的未知分段函数f(.)和g(.),采用递推最小二乘法进行系统辨识,并求取逆模型,将其作为前馈控制器。考虑压电陶瓷迟滞非线性随输入信号频率变化,且难以完全抵消,模型参数存在不确定性等问题,设计一种自适应滑模控制律,利用Lyapunov稳定性定理及仿真实验证明了该控制律可以使系统全局渐进稳定。最后,进行了压电陶瓷迟滞补偿实验和位移跟踪实验。实验结果表明,前馈逆补偿控制下的压电陶瓷位移迟滞量减小了96.1%。与直接控制相比,前馈逆补偿控制下位移跟踪的最大绝对误差减小了27.0%,平均绝对值误差减小了17.9%,具有更好的跟踪精度和动态性能。

基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究

阐述了压电陶瓷微位移执行器的驱动原理,介绍了执行器的性能与应用情况;利用自行设计的输出特性测试系统,对WTYD0808042压电陶瓷微位移执行器进行了相关实验研究,分析了执行器的非线性和迟滞特性;采用Duhem算子建立了压电执行器的迟滞模型,利用建立的Duhem模型作为PID反馈控制的前馈环节进行闭环精密定位控制的研究。实验结果表明:该模型能够有效降低非线性和迟滞特性对压电执行器位移输出精度的影响,提高执行器的动态响应特性。

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15μm的范围内,最大拟合误差小于0.2μm;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12nm,表明该复合控制方法的有效性。

GMA迟滞系统逆模前馈PID控制

超磁致驱动器的迟滞非线性特性是影响信号跟踪精度的主要因素。采用Duhem模型对超磁致驱动器建立频率无关的迟滞模型和逆模型,利用建立的迟滞逆模型与传递函数的相位补偿共同构成PID反馈控制的前馈环节。实验结果表明,该逆模型能够有效地降低非线性迟滞特性对超磁致驱动器位移输出精度的影响。

压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿与最优控制

为提高空间望远镜精密稳像系统中压电驱动快摆镜(FSM)的摆动精度,对压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿和控制技术进行研究。针对压电迟滞的非对称性以及Duhem模型求逆过程复杂的问题,对Duhem模型中的微分方程进行变换,直接建立Duhem非对称逆迟滞模型作为迟滞前馈补偿器,并利用免疫差分进化算法辨识模型参数。在Duhem逆模型补偿压电静态迟滞非线性的基础上,引入基于优化参考跟踪的线性二次型高斯(LQG-ORT)控制方法进一步提高压电执行器的动态定位精度,采用动态迟滞率相关自回归各态历经模型(ARX)建立状态空间方程,用于卡尔曼滤波器预测状态变量和控制器计算状态变量的最优控制系数矩阵。实验结果表明:直接建立的Duhem非对称逆迟滞模型能有效描述压电执行器非对称逆迟滞曲线,拟合均方根误差为0.6359 V(0.5 Hz),相对误差为0.79%(0.5 Hz);实时跟踪幅值为24μm,频率范围1~80 Hz的目标位移信号,LQG-ORT算法的跟踪误差为0.0655μm,相对误差为0.27%。