[发明专利]一种自反馈式压电驱动控制方法

权利要求书

1.一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：建立压电驱动闭环控制系统，采集超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号；

步骤2：利用步骤1采集的超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号，建立控制系统的力观测器，使其估算电机的预紧力与驱动力；

步骤3：基于步骤2估算的电机预紧力与驱动力，利用控制系统的动子速度观测器估算出动子实时速度值；

步骤4：基于步骤3的动子实时速度值，利用最小二乘支持向量机算法对控制系统的控制器参数进行离线整定，通过控制系统的非线性PID控制器解算控制电压；

步骤5：基于步骤4的控制电压，利用控制系统的驱动器产生驱动电压，将驱动电压信号接入电机，完成闭环控制。

2.根据权利要求1所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，所述控制系统包括非线性PID控制器、驱动器、超声电机、动子、力观测器与速度观测器；

所述自反馈式超声电机表面具有1～4四个电极分区，其中1分区与3分区短接，1分区引出导线作为电机的A相；2分区与4分区短接，2分区引出导线作为电机的B相；所述电机的背板接地，通过电压传感器来采集电机A相施加的驱动电压信号u_A，通过电荷放大电路与滤波电路来采集电机B相的自反馈电压信号u_B。

3.根据权利要求2所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，将所采集的自反馈电压信号u_B作为输入，估算所述电机的纵向模态坐标横向模态坐标与横向模态坐标的一阶导数

其中，U_B、f与分别为自反馈电压信号u_B的幅值、频率与相位；转换系数电压转换系数电机B相等效电容e₃₁与ε为所述电机的压电常数与介电常数；l₂、l₁与l₃分别为所述电机的长度、宽度与厚度，均为已知参数；

根据所估算的电机的纵向模态坐标建立力观测器来实时估算所述电机的预紧力

其中，F_preoad0为初始预紧力，k为所述电机与动子间的等效弹簧刚度系数，K_L与α_L为所述电机的纵向刚度系数与负荷系数，均为已知参数。

4.根据权利要求3所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所采集的电机A相施加的驱动电压信号u_A，建立力观测器来实时估算所述电机的驱动力

其中，C_B、K_B、β_B与α_B分别为所述电机的横向阻尼系数、刚度系数、机电耦合系数与负荷系数，均为已知参数。

5.根据权利要求4所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，将所估算的电机预紧力与驱动力作为输入，建立控制系统的速度观测器来实时估算所述动子的实时速度具体为，

其中，M_r与C_r分别为所述动子的质量与阻尼系数，c为与所述动子初始状态有关的系数值，F_load为所加负载力，k与T_s分别为电机系统的时间步与采样时间，均为已知参数。