[发明专利]一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法

说明书

本发明公开了一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法，将初始算子与初始算子权值相结合，建立静态对称的初始模型，通过引入饱和算子及饱和算子权值，改进静态模型，使得模型可以描述非对称迟滞现象；在非对称静态模型的基础上求得静态逆模型参数，即逆模型的初始算子权值与饱和算子的权值；对逆模型初始算子权值和饱和算子权值进行曲线拟合，得到动态的逆模型初始算子权值与饱和算子权值，建立动态的逆模型；将动态逆模型作为前馈控制器，来补偿压电叠堆式驱动器的迟滞特性，并且加入反馈控制,提高压电叠堆式驱动器的定位精度。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动技术，具体涉及一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法。

背景技术

近年来微位移定位系统发展迅速，其中微位移驱动元件的发展是推动微位移定位系统发展的一个重要因素。压电陶瓷驱动器具有分辨率高、响应快、噪声小、刚度大等优点而被选作微位移驱动元件，并且在微位移定位系统中得到广泛应用。压电叠堆式驱动器就是压电陶瓷驱动器中的一种。

虽然压电陶瓷驱动器具有上述优点，但是其同样存在缺点。压电陶瓷驱动器的输入与输出之间存在迟滞，使得压电陶瓷驱动器的输入输出关系呈现非线性，这大大影响压电陶瓷驱动器的定位精度。目前已经有很多经典的迟滞模型用于压电驱动器的建模与控制，如Preisach模型、Prandtl-Ishlinskii(PI)模型、Bouc-Wen模型等，但是这些经典模型都是静态模型。压电驱动器的迟滞特性除了跟其结构有关，还与输入信号的速率有关，因此经典模型不能够很好的描述压电陶瓷驱动器的迟滞特性。因此需要建立与输入速率相关的动态模型来更好的描述压电驱动器的迟滞特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种提高压电叠堆式驱动器定位精度的方法，包括以下步骤：

步骤1，在压电叠堆式驱动器的工作频段从低到高依次取n个频率：f₁，f₂，…，f_n，在频率f₁下，测试压电叠堆驱动器的输入输出迟滞曲线，得到迟滞特性数据；

步骤2，根据步骤1测得的迟滞特性数据，辨识出输入频率为f₁时，不同阈值所对应的初始算子的权值w_h1以及饱和算子的权值w_s1；所述阈值为PI模型线性play算子的阈值；

步骤3，将输入频率依次调整为f₂，f₃，…，f_n，分别求出不同频率下的初始算子权值w_hi与饱和算子权值w_si，i＝1～n；

步骤4，根据初始算子权值w_hi，计算各个频率对应的逆模型的初始算子权值w′_hi，根据饱和算子权值w_si，计算逆模型的饱和算子权值w′_si；

步骤5，用实验数据拟合的方法，拟合逆模型的初始算子权值w′_hi和饱和算子权值w′_si，得到与输入速率相关的逆模型初始算子权值和饱和算子权值表达式，从而得到与输入速率相关的动态逆模型；

步骤6，将步骤5中的动态逆模型作为前馈控制器，再加入反馈控制，构成闭环控制系统，提高使得压电叠堆式驱动器定位精度。

进一步的，步骤1选取的n个频率均低于压电叠堆式驱动器的结构共振频率。

进一步的，步骤2所述的初始算子为play算子，初始模型为PI模型；

饱和算子通过以下方法建立：

将初始模型与饱和算子相结合得到改进的迟滞模型，饱和算子的表达如下：