壓電陶瓷驅(qū)動微位移平臺的磁滯補償控制理論和方法研究

論文名稱：壓電陶瓷驅(qū)動微位移平臺的磁滯補償控制理論和方法研究

論文作者：上海交通大學/ 谷國迎

指導教師：朱利民《研究領(lǐng)域：復(fù)雜曲面數(shù)字化制造，高速、高精輪廓跟蹤控制，納米精度驅(qū)動控制，制造裝備/過程智能監(jiān)控?！?/p>

本學位論文以壓電陶瓷驅(qū)動微位移平臺為對象，從壓電陶瓷驅(qū)動器的特性分析入手，提出了描述復(fù)雜磁滯非線性的磁滯建模方法，建立了完整反映平臺電路特性、磁滯效應(yīng)、壓電效應(yīng)和機械振動等多物理因素耦合特性的綜機電合動力學模型，深入開展磁滯補償控制原理和方法的研究，搭建壓電陶瓷驅(qū)動微位移平臺的實驗系統(tǒng)，通過實驗方法驗證模型和控制算法的有效性，旨在將控制器的設(shè)計與磁滯模型的特性相結(jié)合，消除壓電陶瓷驅(qū)動器的磁滯非線性對驅(qū)動精度的影響，實現(xiàn)壓電陶瓷驅(qū)動微位移平臺的納米精度運動生成，擴展壓電陶瓷驅(qū)動器在精密制造裝備中的應(yīng)用。

取得如下創(chuàng)新性成果：提出了描述非對稱磁滯非線性的增強型Prandtl-Ishlisnkii模型和基于此模型的直接逆磁滯補償控制方法，可以方便、有效地用于非對稱磁滯非線性的開環(huán)補償控制，將磁滯誤差減小了一個數(shù)量級；從電路特性、磁滯效應(yīng)、壓電效應(yīng)和機械振動等物理因素耦合建模入手，提出了完整描述壓電驅(qū)動微位移平臺系統(tǒng)的綜合機電動力學模型，所提的系統(tǒng)模型具有一般性，能推導出現(xiàn)有文獻中的各種模型；基于此模型，結(jié)合滑?？刂坪妥赃m應(yīng)控制，設(shè)計了基于磁滯分解而無需磁滯逆模型的魯棒自適應(yīng)控制算法，利用Lyapunov函數(shù)法證明了閉環(huán)控制系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性和誤差收斂性，應(yīng)用到研制的壓電驅(qū)動柔順機構(gòu)平臺，實現(xiàn)了快速納米精度運動生成；設(shè)計了含估計逆磁滯補償?shù)聂敯糇赃m應(yīng)控制器，從理論上給出了一類含非對稱Backlash驅(qū)動的n階非線性系統(tǒng)的魯棒逆控制算法設(shè)計的新思路，解決了常規(guī)逆磁滯補償控制中閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析的難題。