[发明专利]压电驱动的前馈控制方法、装置、设备及存储介质

说明书

本申请涉及一种压电驱动的前馈控制方法、装置、设备及存储介质，其中，方法包括：基于预先构建的迟滞补偿器，将各时刻压电陶瓷致动器预设的目标位移作为输入，得到压电陶瓷致动器在各时刻与所述目标位移对应的输入电压；将各时刻的输入电压作用于压电陶瓷致动器上，得到压电陶瓷致动器在各时刻对应的实际输出位移；所述输入电压使得压电陶瓷致动器的实际输出位移与目标位移的偏差位于预设范围内。本申请设计了基于率相关非对称迟滞模型的逆模型前馈补偿器，用来消除率相关迟滞现象引起的位移跟踪误差，大幅削弱了率相关迟滞现象。解决现有压电驱动因率相关迟滞现象的存在，导致输出位移不可预测，给高速及高精度的位移控制带来困难的问题。

技术领域

本申请涉及压电驱动的前馈控制方法、装置、设备及存储介质，属于数据处理技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，国防、航空、航天、微电子等尖端领域对超精密检测和超精密加工提出了越来越多的需求。基于微纳致动器的超精密定位技术作为微纳操作的基础及关键技术得到越来越多的重视。得益于压电驱动具有分辨率高、体积小、推力大、响应快等优点，压电驱动成为了当前应用最为广泛的超精密致动方案，在超精测量、航空航天、精密制造、显微观测等方向具有广泛应用。

以上应用不仅需要高精度的定位，而且对操作效率提出了越来越高的要求，这就对压电驱动的高动态定位性能提出了要求。

但是，压电驱动的率相关迟滞现象的存在使对其施加电压时，其输出位移变得不可预测，给高速及高精度的位移控制带来困难，得压电驱动难以在保持高定位精度同时拥有较快的定位速度，影响了其对高动态位移跟踪能力，限制了压电驱动在有高动态需求的领域的进一步应用。

发明内容

本申请提供了一种压电驱动的前馈控制方法、装置、设备及存储介质，以解决现有压电驱动因率相关迟滞现象的存在，导致输出位移不可预测，给高速及高精度的位移控制带来困难的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供了一种压电驱动的前馈控制方法，包括：

基于预先构建的迟滞补偿器，将各时刻压电陶瓷致动器预设的目标位移作为输入，得到压电陶瓷致动器在各时刻与所述目标位移对应的输入电压，所述迟滞补偿器为对构建的率相关非对称迟滞模型求逆得到的；

将得到的所述各时刻的输入电压作为最终用于驱动压电陶瓷致动器的驱动电压信号，作用于压电陶瓷致动器上，控制压电陶瓷致动器的实际输出位移；所述输入电压使得压电陶瓷致动器的实际输出位移与目标位移的偏差位于预设范围内。

进一步地，在本申请第一方面所述方法的一个实施例中，还包括构建所述迟滞补偿器的步骤：

基于Bouc-Wen模型，将形状控制函数的取值分为多个独立取值的阶段，所述形状控制函数在各阶段的取值具有非对称性，得到压电驱动的非对称迟滞模型；

基于所述非对称迟滞模型，引入率相关项，得到压电驱动的率相关非对称迟滞模型；

将前一采样时刻的迟滞分量替代当前时刻的迟滞分量，并将预设的目标位移作为率相关非对称迟滞模型的输出位移，求所述率相关非对称迟滞模型的逆模型，得到所述迟滞补偿器；所述迟滞补偿器的表达式以输入电压为因变量，以预设的目标位移为自变量。

进一步地，在本申请第一方面所述方法的一个实施例中，所述率相关非对称迟滞模型为：

其中，t为采样时刻，T为输入信号的周期，ψ(t)表示形状控制函数，h(t)为迟滞分量，x(t)为输出位移，u(t)为t时刻的输入电压，为u(t)的微分，为h(t)的微分，为x(t)的微分，η为率相关参数，k为线性参数，A,γ,β₁～β₈为模型参数。