[发明专利]一种三自由度压电作动平台的辨识与补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种三自由度压电作动平台的嵌入式辨识与补偿控制方法。该方法通过扩展传统的Bouc‑Wen模型使之适用于多耦合情况下作动平台的系统辨识；通过串联逆三自由度Bouc‑Wen模型的方式以实现对压电三轴作动平台的前馈控制；在控制电路的搭建中采用上、下位机控制方式，上位机选用工控机通过CAN总线的方式向下位机发送参考输入指令，下位机选用FPGA对压电三轴作动平台进行补偿控制。该方法主要包括基于三自由度Bouc‑Wen模型的对三轴压电作动平台的系统参数辨识，以及基于逆三自由度Bouc‑Wen模型的补偿控制，并包括控制电路的搭建。该方法摒除了传统对三轴压电作动平台线性辨识的方式，提升了系统建模精度；通过串联逆三自由度Bouc‑Wen模型实现了前馈控制，控制算法更易实现；在控制电路的搭建上采用上下位机控制方式，提升了方法的适用范围。

技术领域

本发明涉及一种多自由度压电作动平台的嵌入式辨识与补偿控制方法，尤其是一种三自由度压电作动平台的嵌入式辨识与补偿控制方法。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，高精度多自由度作动平台被广泛应用于精密制造工业、光电子技术，生物医学等场合。特别是在制造业升级的大背景下，研究如何提升多自由度作动平台的控制精度对提升制造业能力有着极大的促进能力。

由于压电式作动设备具有结构简洁、精度高，电磁兼容性好等优点被广泛应用于多自由度作动平台。但压电材料所特有的迟滞效应使得压电作动器的输入/输出关系呈现出非线性特性从而提升了控制的难度。不仅如此，多自由度作动平台中的耦合现象也是影响控制精度的一大原因。这体现在当前轴的位移输出不仅与该轴的输入电压有关，还与其它轴的运动状态相关。因此，研究如何提升多自由度作动平台的控制精度成为了控制领域的热点问题。

此外，传统的对多自由度作动平台的控制大多基于反馈控制。这种控制方式不仅依赖大量的外围设备、成本较高，且使得应用范围受限。因此，在提升多自由度作动平台控制精度的基础上简化控制回路，对扩大方法的应用范围有着重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种三自由度压电作动平台的辨识与补偿控制方法，该方法包括了基于多自由度Bouc-Wen模型的系统辨识和基于逆Bouc-Wen模型的补偿控制，可实现多自由度作动平台控制精度的提升。

为实现以上目的，本发明构思如下：

一种三自由度压电作动平台的辨识与补偿控制方法，其特征是基于三自由度Bouc-Wen模型和遗传算法技术对平台进行参数辨识，并基于辨识结果通过逆三自由度Bouc-Wen模型进行补偿控制，以实现对作动平台进行精确控制。本方法的特点是只需算法程序和必要的硬件配合。其具体步骤如下：

(1)基于多自由度Bouc-Wen模型和遗传算法进行多自由度作动平台的参数辨识。

(2)基于多自由度逆Bouc-Wen模型的补偿控制。

(3)基于上下位机技术搭建三自由度作动平台的控制电路。

针对多自由度作动平台的参数辨识过程如下：

通过上位机将输入信号下载到下位机中，下位机通过板卡和功率放大器与多轴作动平台中的x，y，z轴相连接。将三组位移传感器安装在作动平台三轴的位移输出端，并将传感器的输出接入至信号调理器，信号调理器的输出端连至下位机的A/D采集卡上。具体的辨识算法如下。

①考虑单轴压电堆的Bouc-Wen模型

其中，y为压电堆的输出位移；U为表示施加到压电堆上的电压；d_p表示压电系数；α，β，γ决定压电堆中滞迟环的形状，h为迟滞状态，H[·]描述迟滞函数。

②将上述单轴Bouc-Wen模型扩展到多自由度Bouc-Wen模型