压电陶瓷执行器迟滞特性的前馈开环线性化控制方法及其实现电路

摘要

本发明公开了一种压电陶瓷执行器的前馈开环线性化控制方法及其实现电路。该前馈开环线性化控制方法通过建立的压电陶瓷执行器的数学模型，构建迟滞分量观测器观测压电陶瓷执行器件在控制电压作用下的迟滞分量，计算出补偿该迟滞分量所需要的补偿电压，将补偿电压与控制电压叠加得到实际驱动电压作用于压电陶瓷执行器使其产生位移输出；该前馈开环线性化控制器包括控制信号发生器、模数转换器、前馈开环线性化控制器、数模转换器和功率放大器。采用本发明能够将压电陶瓷执行器输出位移与控制电压之间的迟滞非线性关系线性化，极大地简化压电陶瓷执行器的控制算法，提高其定位精度。

主权项

1.一种压电陶瓷执行器迟滞特性的前馈开环线性化控制方法，其特征在于：通过前馈开环线性化控制将输入压电陶瓷执行器的控制电压转换为驱动电压作用于压电陶瓷执行器使其产生位移输出，经过前馈开环线性化控制后压电陶瓷执行器的输出位移与控制电压成近似线性关系，所述方法包括以下步骤：（1）压电陶瓷执行器的输出位移与驱动电压之间的迟滞为线性分量和迟滞分量的叠加，利用Bouc-Wen迟滞算子模拟所述迟滞分量，得到压电陶瓷执行器的Bouc-Wen模型为其中，为时间；为压电陶瓷执行器的输出位移；为输出位移与驱动电压比率常量；为驱动电压；为初始状态下存在的位移；为压电陶瓷执行器的迟滞分量；为驱动电压对时间的一阶导数；为迟滞分量对时间的一阶导数；、、和为模型的参数；（2）利用Bouc-Wen迟滞算子构建在线迟滞分量观测器以在线估计压电陶瓷执行器的迟滞分量，由于驱动电压不可知，用控制电压代替驱动电压，得到迟滞分量的估计值，迟滞分量观测器的表达式为：其中，为压电陶瓷执行器的控制电压；为控制电压对时间的一阶导数；为迟滞分量的估计值；为迟滞分量估计值对时间的一阶导数；、、和为模型的参数；（3）利用得到的迟滞分量的估计值，令，可得压电陶瓷执行器的输出位移与控制电压的关系可以近似表示为：其中，为压电陶瓷执行器的输出位移；为输出位移与驱动电压比率常量；为压电陶瓷执行器的控制电压；为初始状态下存在的位移。