基于壓電執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、壓電執(zhí)行器具有體積小、力矩大、噪聲小、位移的分辨率高、對(duì)外界的電磁環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，在精密定位中有著廣泛的應(yīng)用。但是，壓電執(zhí)行器自身的遲滯、蠕動(dòng)等非線性特性和驅(qū)動(dòng)要求，嚴(yán)重影響著其廣泛應(yīng)用。壓電執(zhí)行器的遲滯非線性使壓電執(zhí)行器在電壓驅(qū)動(dòng)的條件下，存在15％-20%的誤差，同時(shí)其蠕變特性也增加其誤差范圍。故需要為本文所使用的壓電執(zhí)行器設(shè)計(jì)更加精確的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　本文首先對(duì)壓電執(zhí)行器的非線性進(jìn)行了分析，在壓電執(zhí)行器的常用驅(qū)動(dòng)方式中

2、選用PWM開關(guān)式驅(qū)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)壓電執(zhí)行器；并對(duì)壓電執(zhí)行器的遲滯非線性的常用模型進(jìn)行了討論，選用Bouc-Wen遲滯模型來對(duì)壓電執(zhí)行器建模，對(duì)壓電執(zhí)行器的控制方案論證，確定本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方案是結(jié)合逆Bouc-Wen模型前饋控制和PI反饋控制的混合控制方案。
　　本文為壓電執(zhí)行器設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電源是由ECU模塊、直流電源模塊、充放電模塊和采樣反饋模塊幾個(gè)模塊組成的。實(shí)現(xiàn)了120V的直流高壓穩(wěn)壓源，輸出電流最大可達(dá)1A，且其靜態(tài)紋波在0

3、.05V左右。充放電模塊采用能量守恒式充放電方式實(shí)現(xiàn)了0-100V的電壓輸出，實(shí)現(xiàn)了在120ms內(nèi)完成壓電執(zhí)行器0到100V的升壓。對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的線性度、階躍響應(yīng)、頻響特性等性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驅(qū)動(dòng)電源實(shí)現(xiàn)了0-100V可調(diào)電源，精度約為0.2%，且具有良好的動(dòng)態(tài)特性，非線性誤差小，約為0.25%，輸出電流最大可達(dá)1A。針對(duì)本文使用的壓電執(zhí)行器的遲滯特性使用Bouc-Wen模型建模并完成其參數(shù)辨識(shí)，通過其逆模型完成基于Bouc-wen模型的前饋

4、控制。本文設(shè)計(jì)了PI反饋控制，設(shè)計(jì)了將前饋控制結(jié)合PI反饋控制的混合控制方法，通過時(shí)域測(cè)定法得到壓電執(zhí)行器的傳遞函數(shù)，并通過傳遞函數(shù)采用Matlab試湊法仿真得到了相應(yīng)的控制參數(shù)。
　　本文最后對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。由測(cè)試得到，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)靜態(tài)輸出時(shí)，壓電執(zhí)行器的位移輸出誤差在0.3%以下；動(dòng)態(tài)輸出時(shí)，在期望輸出為1Hz的正弦信號(hào)時(shí)，誤差在3%左右；對(duì)比在幅值相同，偏置相同，但頻率分別為5Hz、10Hz和20Hz時(shí)的位移輸出