一种压电陶瓷执行器的高精度控制方法

摘要

一种压电陶瓷执行器的高精度控制方法，涉及高精度微机电系统与伺服技术领域，解决现有压电陶瓷执行器控制方法的不足，包括压电陶瓷线性化干扰观测器、反馈控制器、以及线性前馈；所述压电陶瓷线性化干扰观测器将压电陶瓷非线性迟滞、外界干扰、惯性力其它未建模动态等因素统一折合为等效干扰，实现该等效干扰的观测与补偿，从而保证压电陶瓷执行器响应特性的线性化；反馈控制器包含积分环节与二重积分环节，保证压电陶瓷执行器对指令的跟踪精度；所述线性前馈根据线性化的压电陶瓷执行器特性，将位置指令直接作用在压电陶瓷执行器上，提高执行器的动态性能。本发明不依靠非线性迟滞模型，且简单、可靠，提高了压电陶瓷执行器的伺服精度。

主权项

一种压电陶瓷执行器的高精度控制方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、压电陶瓷线性化干扰观测器(2)根据压电陶瓷执行器(1)的位置响应以及输入给压电陶瓷执行器(1)的控制电压估计出等效干扰，并对等效干扰进行补偿，使压电陶瓷执行器(1)的实际位移响应特性呈线性比例关系；具体为：设定压电陶瓷执行器(1)的位移响应为y(t)，初值为y(0)；输入到压电陶瓷执行器的控制电压为u(t)，将压电陶瓷执行器(1)推动的负载质量、非线性迟滞特性、外界干扰的集合和其它未建模动态扰动的集合视为一个等效干扰，所述压电陶瓷执行器(1)的动力学特性表达式为：y(t)＝K_uu(t)+d(t)+y(0)，$d\left(t\right)=H\left[u\left(t\right)\right]-M\stackrel{··}{y}\left(t\right)+d_{equ}\left(t\right)+\Delta -K_{u}u\left(t\right)$式中，M为压电陶瓷执行器推动的负载质量，H为非线性迟滞特性，d_equ为外界干扰的集合，Δ为其它未建模动态扰动的集合，d(t)为等效干扰，K_u为与非线性迟滞特性曲线接近的线性特性的线性系数；所述压电陶瓷执行器(1)的位移响应y(t)为在等效干扰影响下与输入控制电压u(t)成线性关系，等效干扰d(t)＝y(t)‑y(0)‑K_uu(t)；在所述输入控制电压中减去等效干扰与比例系数(3)的乘积，实现对等效干扰的补偿；所述比例系数(3)的取值为压电陶瓷线性化干扰观测器(2)中的K_u的倒数；步骤二、反馈控制器(4)根据压电陶瓷执行器(1)实际位移响应与位置指令之间的偏差，计算反馈控制量；所述反馈控制量与线性指令前馈(5)输出量叠加后得到的控制量u_r用于压电陶瓷执行器(1)的位移响应y对指令进行跟踪；所述反馈控制器(4)由积分项和二重积分项累加构成，积分项和二重积分项具有可独立调节的增益；步骤三、所述线性指令前馈(5)根据线性化的压电陶瓷执行器(1)响应特性，将位置指令信息输入压电陶瓷执行器(1)，实现对压电陶瓷执行器(1)的高精度控制。