壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的精密運(yùn)動(dòng)控制

關(guān)于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器有著納米級(jí)定位分辨率，阻滯力大，剛度高，響應(yīng)速度快，尺寸小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于各種需要超高精度運(yùn)動(dòng)定位的場合之中。由于單片壓電陶瓷所能輸出的力和位移都比較有限，實(shí)際應(yīng)用中，常使用的是一種堆疊型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，即通過一定數(shù)量的組合將壓電陶瓷材料疊加起來，從而提高了驅(qū)動(dòng)器輸出位移的總長度。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是在使用過程中，也面臨著遲滯、蠕變和漂移等問題，這些問題將使得壓電陶瓷具有較高的非線性特征。非線性特征的誤差一般以遲滯為主。遲滯效應(yīng)是外加電壓與輸出位移之間的一種非線性關(guān)系，它可以導(dǎo)致嚴(yán)重的開環(huán)定位誤差，誤差范圍可高達(dá)整個(gè)定位行程的10%～15%。這就造成了傳統(tǒng)的控制方法的不可用，同時(shí)壓電陶瓷執(zhí)行器的精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型也很難獲得，使得一些經(jīng)典控制算法不能很好的對(duì)其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行描述，同時(shí)也不能很好的體現(xiàn)其響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此，需要一定的控制技術(shù)來消除壓電陶瓷非線性的影響。

PID閉環(huán)控制方式

針對(duì)壓電陶瓷遲滯誤差對(duì)平臺(tái)的影響，三英精控主要通過PID閉環(huán)控制方式來進(jìn)行補(bǔ)償。以下是PID 算法及其相關(guān)優(yōu)化算法的相關(guān)介紹：

1、PID閉環(huán)控制

采用PID閉環(huán)控制算法，將輸出位移誤差反饋到 PZT 輸入端，通過不斷修正輸入值來最終消除誤差。所謂PID閉環(huán)控制算法，是利用基礎(chǔ)的比例、積分、微分模塊組合而成，通過閉環(huán)控制對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器起到優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能的作用。

2、BP網(wǎng)絡(luò)PID控制

網(wǎng)絡(luò)PID控制能夠通過自動(dòng)調(diào)整連接權(quán)值來不斷優(yōu)化PID控制參數(shù)，也就是在不斷修正PID的三個(gè)控制參數(shù)，直到系統(tǒng)的輸出位移與給定輸入位移之間的誤差滿足要求，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自適應(yīng)優(yōu)化控制。使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力、更高的定位精度以及更好的適應(yīng)性。

3、模糊小腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制

模糊小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller，簡稱 FCMAC）是將微定位平臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)際輸出位移與給定期望輸入位移之間計(jì)算得到的偏差值及其變化率輸入到網(wǎng)絡(luò)中，并按照預(yù)設(shè)的隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則進(jìn)行模糊化處理，再激活相關(guān)聯(lián)想單元和權(quán)值，以及進(jìn)行反模糊化處理，得到網(wǎng)絡(luò)的輸出。因此，F(xiàn)CMAC 網(wǎng)絡(luò)從輸入到輸出可以分為輸入層、模糊感知層、模糊邏輯層、聯(lián)想強(qiáng)度層和輸出層。通過此控制方式可大幅度縮短系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間。

審核編輯黃宇