[发明专利]一种矩阵型自适应滤波器迟滞控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种矩阵型自适应滤波器迟滞控制系统及方法，该系统包括：误差计算模块、自适应算法模块、压电陶瓷执行器和滤波器；滤波器包括：第一加法器、多个延迟算子以及多个滤波单元F_i，滤波单元包括：第二加法器、多个自适应加权模块以及多个相同宽度的Backlash算子，各第二加法器的输出端均与第一加法器的输入端连接，第一加法器的输出作为整个滤波器的输出，误差计算模块用于根据两个输入信号确定误差信号，自适应算法模块用于根据误差信号对各自适应加权模块中的权值进行实时调整，利用调整后的滤波器对压电陶瓷执行器进行迟滞补偿，通过本发明中的滤波器降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响，以提高压电陶瓷执行器的精度。

技术领域

本发明涉及迟滞控制技术领域，特别是涉及一种矩阵型自适应滤波器迟滞控制系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，纳米定位技术和纳米传感技术逐渐应用于各种微纳操作中，其中压电陶瓷执行器由于其具有较高的精度，速度而被广泛应用。但是在实际应用，由于该类材料存在非线性、迟滞、蠕变等特性，造成系统的重复定位精度较差。其中迟滞非线性对系统的精度影响较为明显，其表现在于：记忆特性，输出信号取决于当前输入信号值和历史输入值，多值映射特性，相同的输入信号可能对应不同的输出信号。

为了降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响，目前主要是通过使用直接逆控制，反馈控制，前馈-反馈控制三种，大部分使用的控制器是通过建立精确的迟滞非线性的模型，通过迟滞模型对压电陶瓷执行器进行迟滞补偿控制。现有迟滞非线性模型有基于输入输出现象解释的Preisach、Prandtl-Ishlinskii、Bouc-Wen、神经网络模型、支持向量机、段相似模型等，还有基于物理原理解释的MAXWELL等模型。其中Preisach模型使用迟滞算子，可以根据输入输出模拟迟滞结构，原理简单，有较好的拟合效果，被广泛应用。PI模型是将Preisach模型中的迟滞算子替换成Backlash迟滞元模型，由于Backlash算子具有记忆历史输入的特性，所以提高了建模精度，但是此类模型较为复杂。而神经网络和支持向量机等机器学习模型使用输入输出的数据作为训练集，然后来预测系统的输出，但是容易陷入局部最优和过拟合的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种矩阵型自适应滤波器迟滞控制系统及方法，通过自适应滤波器降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响，以提高压电陶瓷执行器的精度。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种矩阵型自适应滤波器迟滞控制系统，所述迟滞控制系统包括：误差计算模块、自适应算法模块、压电陶瓷执行器和滤波器；

所述滤波器包括：第一加法器、多个延迟算子以及多个滤波单元F_i，其中i＝1,2,3...m；

所述滤波器的输入端分别经过i-1个延迟算子与第i个滤波单元的输入端连接，所述滤波器的输入端、i-1个延迟算子与第i个滤波单元构成一级；

所述滤波单元包括：第二加法器、多个自适应加权模块以及多个相同宽度的Backlash算子，多个相同宽度的Backlash算子形成串联结构，首部Backlash算子的输入端为滤波单元的输入端，首部Backlash算子的输入端信号、尾部Backlash算子的输出端信号以及相邻两个Backlash算子之间的信号被引出，分别连接到各自对应的自适应加权模块的输入端，每个自适应加权模块的输出端均与所述第二加法器的输入端连接；

各所述第二加法器的输出端均与所述第一加法器的输入端连接，所述第一加法器的输出作为整个滤波器的输出；