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Modeling and sliding mode control based on inverse compensation of piezo-positioning system
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作者 LI Zhi-bin XIN Yuan-ze +1 位作者 ZHANG Jian-qiang SUN Chong-shang 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第1期170-185,共16页
In order to enhance the control performance of piezo-positioning system,the influence of hysteresis characteristics and its compensation method are studied.Hammerstein model is used to represent the dynamic hysteresis... In order to enhance the control performance of piezo-positioning system,the influence of hysteresis characteristics and its compensation method are studied.Hammerstein model is used to represent the dynamic hysteresis nonlinear characteristics of piezo-positioning actuator.The static nonlinear part and dynamic linear part of the Hammerstein model are represented by models obtained through the Prandtl-Ishlinskii(PI)model and Hankel matrix system identification method,respectively.This model demonstrates good generalization capability for typical input frequencies below 200 Hz.A sliding mode inverse compensation tracking control strategy based on P-I inverse model and integral augmentation is proposed.Experimental results show that compared with PID inverse compensation control and sliding mode control without inverse compensation,the sliding mode inverse compensation control has a more ideal step response and no overshoot,moreover,the settling time is only 6.2 ms.In the frequency domain,the system closed-loop tracking bandwidth reaches 119.9 Hz,and the disturbance rejection bandwidth reaches 86.2 Hz.The proposed control strategy can effectively compensate the hysteresis nonlinearity,and improve the tracking accuracy and antidisturbance capability of piezo-positioning system. 展开更多
关键词 piezo-positioning system hysteresis nonlinearity Hammerstein model prandtl-ishlinskii(P-I)model system identification sliding mode control
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基于PI迟滞模型和蠕变算子的SMA驱动模型辨识与实验验证
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作者 张铖 路秋英 +2 位作者 谭峻然 王晓明 吴志刚 《功能材料》 北大核心 2025年第6期6229-6236,共8页
形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)因其驱动行程高、能量密度大、环境适应性强等独特优势,在智能结构、智能驱动领域内具有广阔发展前景。然而,SMA材料所固有的迟滞、蠕变等非线性特性会严重影响驱动效果和控制精度。为此,以SMA丝... 形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)因其驱动行程高、能量密度大、环境适应性强等独特优势,在智能结构、智能驱动领域内具有广阔发展前景。然而,SMA材料所固有的迟滞、蠕变等非线性特性会严重影响驱动效果和控制精度。为此,以SMA丝材驱动器为对象,开展基于PI迟滞模型和lg t蠕变算子的驱动模型辨识和实验验证。首先,基于Liang-Rogers本构方程构建了SMA丝材的理论模型,为模型辨识提供理论数据;然后采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞建模方法,构建了SMA迟滞特性模型;针对传统PI模型对奇对称、非凸迟滞特性拟合效果差的问题,在传统PI模型中引入lgt蠕变算子,以增加其拟合精度,并通过理论模型模拟数据验证了算法有效性;最后,搭建了SMA驱动测试实验平台,利用实验数据对建立的迟滞、蠕变驱动模型的在线辨识能力进行检验。结果表明,所提方法能够有效提升SMA驱动模型的辨识精度,可为提升SMA驱动精度和控制效果提供新的理论支撑。 展开更多
关键词 形状记忆合金 迟滞特性 pi迟滞模型 蠕变算子 Liang-Rogers本构模型
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基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略 被引量:1
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作者 张琴 张蒸忠 +2 位作者 洪逸帆 顾邦平 胡雄 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期11-21,共11页
海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精... 海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。 展开更多
关键词 主动波浪补偿 pi迟滞模型 反步终端滑模控制 斯图尔特浮式平台
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Hybrid control based on inverse Prandtl-Ishlinskii model for magnetic shape memory alloy actuator 被引量:2
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作者 周淼磊 高巍 田彦涛 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第5期1214-1220,共7页
The hysteresis characteristic is the major deficiency in the positioning control of magnetic shape memory alloy actuator. A Prandtl-Ishlinskii model was developed to characterize the hysteresis of magnetic shape memor... The hysteresis characteristic is the major deficiency in the positioning control of magnetic shape memory alloy actuator. A Prandtl-Ishlinskii model was developed to characterize the hysteresis of magnetic shape memory alloy actuator. Based on the proposed Prandtl-Ishlinskii model, the inverse Prandtl-Ishlinskii model was established as a feedforward controller to compensate the hysteresis of the magnetic shape memory alloy actuator. For further improving of the positioning precision of the magnetic shape memory alloy actuator, a hybrid control method with hysteresis nonlinear model in feedforward loop was proposed. The control method is separated into two parts: a feedforward loop with inverse Prandtl-Ishlinskii model and a feedback loop with neural network controller. To validate the validity of the proposed control method, a series of simulations and experiments were researched. The simulation and experimental results demonstrate that the maximum error rate of open loop controller based on inverse PI model is 1.72%, the maximum error rate of the hybrid controller based on inverse PI model is 1.37%. 展开更多
关键词 magnetic shape memory alloy hysteresis hybrid control prandtl-ishlinskii model neural network
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基于自适应PI模型的压电陶瓷驱动器精密定位方法
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作者 杨宁征 王艳艳 渠莉莉 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期499-506,共8页
由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷... 由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii(PI)模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8 nm。 展开更多
关键词 压电陶瓷驱动器 迟滞 自适应pi模型 前馈控制器
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基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制 被引量:32
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作者 于志亮 刘杨 +2 位作者 王岩 李松 谭久彬 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期129-135,共7页
压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及... 压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及其辨识方法,并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化的有效性,实验结果表明,通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时,改进的模型最大拟合误差均在1%之内,通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内,并且改进PI模型在计算复杂度上由O(n)简化为O(1)。 展开更多
关键词 快速倾斜镜 压电陶瓷执行器 迟滞特性 改进pi模型
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基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制 被引量:15
7
作者 田雷 陈俊杰 +1 位作者 崔玉国 马剑强 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期136-142,共7页
压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型... 压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值,计算出PI逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。 展开更多
关键词 单压电变形镜 pi迟滞模型 开环控制 波前校正 离焦像差
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压电微动平台的改进PI迟滞模型研究 被引量:5
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作者 方凡 崔玉国 +1 位作者 梁冬泰 李勇 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期69-71,75,共4页
为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模... 为了建立既有较高精度又有较快运算速度的压电微动平台迟滞模型,对传统PI迟滞模型进行了改进研究。由于压电微动平台初载曲线前半升程斜率变化较大,而后半升程斜率变化较小,因此,采用非等分域值方法建立了其PI迟滞模型,通过求取所建模型与实测初载曲线误差的最小二范数辨识出了模型的相应参数,实验验证了所建模型的有效性。实验结果表明,在20.7μm的平台最大位移范围内,模型的最大误差为0.71μm,平均误差为0.23μm。 展开更多
关键词 压电微动平台 迟滞模型 pi模型 非等分阈值
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串联死区算子的压电微夹钳PI迟滞模型 被引量:4
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作者 郑军辉 崔玉国 +1 位作者 蔡成波 薛飞 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期650-654,共5页
针对Prandtl-Ishlinskii(PI)模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电... 针对Prandtl-Ishlinskii(PI)模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电微夹钳初载曲线,采用等分阈值方式,并通过使改进PI模型与实测初载曲线间的误差函数为最小,辨识出改进PI模型的参数,建立了压电微夹钳的迟滞模型。实验结果表明,在微夹钳15.2μm的最大位移范围内,模型误差的变化范围为-0.310~0.156μm,所建模型能很好地描述压电微夹钳的迟滞特性。 展开更多
关键词 压电微夹钳 迟滞模型 prandtl-ishlinskii(pi)模型 死区算子
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基于PI逆模型的压电执行器复合控制 被引量:4
10
作者 江国栋 王晓东 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期553-557,共5页
在利用腔衰荡光谱技术分析痕量气体时,压电陶瓷执行器常用来调节光学谐振腔的长度。为了提高压电陶瓷执行器的定位精度,针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对执行器迟滞进行建模,分别采用最小二乘法和梯度... 在利用腔衰荡光谱技术分析痕量气体时,压电陶瓷执行器常用来调节光学谐振腔的长度。为了提高压电陶瓷执行器的定位精度,针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对执行器迟滞进行建模,分别采用最小二乘法和梯度下降法对模型参数进行辨识,同时,由于执行器迟滞曲线的非对称性,针对上升和下降过程分别进行辨识。结果表明,相比于最小二乘法,梯度下降法辨识的模型参数能更好地拟合执行器实际迟滞曲线,平均绝对误差减小了67.6%。设计基于PI逆模型的复合控制方法,并进行实验验证,采用在线参数辨识来实时更新模型参数。试验结果表明,在正弦波和三角波信号输入下,执行器的平均跟踪误差分别为0.035μm和0.028μm,该复合控制法可有效提高执行器定位精度。 展开更多
关键词 腔衰荡光谱 压电陶瓷 迟滞非线性 prandtl-ishlinskii(pi)模型 复合控制
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基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究 被引量:8
11
作者 吴伊玲 刘廷霞 +1 位作者 张振东 陈健 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期950-953,956,共5页
为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控... 为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164μm。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞非线性 pi逆模型 前馈控制 神经元piD控制 复合控制
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基于几何法求解PI逆模型参数 被引量:4
12
作者 左守印 王合龙 +1 位作者 周德召 高军科 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第1期47-50,60,共5页
压电陶瓷驱动的快速反射镜具有优良的动态性能,能够满足高精度定位的任务需求,但其固有的迟滞特性严重影响了其性能的进一步提高。基于PLAY算子的迟滞数学模型具有结构简单、便于数学求解、模型精度较高的优点,但模型参数需要通过系统... 压电陶瓷驱动的快速反射镜具有优良的动态性能,能够满足高精度定位的任务需求,但其固有的迟滞特性严重影响了其性能的进一步提高。基于PLAY算子的迟滞数学模型具有结构简单、便于数学求解、模型精度较高的优点,但模型参数需要通过系统辨识得到,并且其逆模型参数辨识存在物理量不易获得、误差较大的不利条件。利用几何法,提出了一种求解PI逆模型参数的算法。实验证明该算法动态性能好、模型精度较高,同时基于该算法的PI逆模型前馈控制较好地解决了压电陶瓷驱动的快反镜迟滞效应补偿问题。 展开更多
关键词 机载光电系统 快速反射镜 迟滞效应 pi逆模型 参数辨识 前馈控制
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具有Hammerstein结构的非对称PI模型的超磁致作动器数学建模
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作者 李锐泓 谢飞 +4 位作者 吴明忠 杨帆 陈鸿威 林德昭 李承洪 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第14期253-263,共11页
超磁致作动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)作为一种以磁致伸缩材料为核心的智能驱动器,由于其优良的性能而广泛应用于诸多领域中,但是其本身固有的回滞非线性的存在限制了其进一步地发展,因而针对回滞非线性的建模研究一直是... 超磁致作动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)作为一种以磁致伸缩材料为核心的智能驱动器,由于其优良的性能而广泛应用于诸多领域中,但是其本身固有的回滞非线性的存在限制了其进一步地发展,因而针对回滞非线性的建模研究一直是该领域的重点。基于Hammerstein结构,应用非对称Prandtl-Ishlinskii(PI)模型来表示Hammerstein结构中的非线性环节,用受控自回归(auto-regressive with exogenous,ARX)模型来表示Hammerstein结构的动态环节(尤其是针对高频信号),并且基于AIC准则的判定过程辨识出了动态系统传递函数的阶次和具体形式,建立了超磁致作动器的一种具有Hammerstein结构的非对称PI模型,并有效地减少了模型辨识参数的数量。试验结果表明,具有Hammerstein结构的非对称PI模型比单一非对称PI模型拥有更高的精度,尤其是针对较大频率的激励信号。 展开更多
关键词 超磁致作动器(GMA) 回滞非线性 prandtl-ishlinskii(pi)模型 Hammerstein结构
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压电微动工作台的动态迟滞模型 被引量:24
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作者 张栋 张承进 魏强 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期549-556,共8页
为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的... 为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30μm的定位范围内以±900V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16μm,最大误差为0.38μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。 展开更多
关键词 压电微动工作台 运动定位 动态迟滞模型 pi迟滞模型 扫描探针显微镜
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压电陶瓷迟滞非线性前馈补偿器 被引量:15
15
作者 方楚 郭劲 +2 位作者 徐新行 姜振华 王挺峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2217-2223,共7页
为了有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性,提出了基于STOP算子的改进PI模型以改善传统基于PLAY算子的PI模型解析求逆的复杂过程以及通过插值算法求逆的大量耗时。介绍了传统的基于PLAY算子和基于STOP算子的PI模型,然后基于STOP算子的叠加形式... 为了有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性,提出了基于STOP算子的改进PI模型以改善传统基于PLAY算子的PI模型解析求逆的复杂过程以及通过插值算法求逆的大量耗时。介绍了传统的基于PLAY算子和基于STOP算子的PI模型,然后基于STOP算子的叠加形式建立了以预期位移为输入,以控制电压为输出的PI模型,并将这一模型直接作为前馈控制器补偿压电陶瓷的迟滞效应。为了更好地平衡全局寻优与局部寻优能力,对粒子群优化算法进行了改进,利用其辨识出各算子的权值。最后,利用实验的方法验证了改进的PI模型对迟滞非线性的补偿效果。进行了两组实验测试,结果显示:无论对于规律变化还是随机变化的输入,提出的改进PI模型都可以很好补偿迟滞非线性,跟踪误差可控制在1%以内。因此,基于STOP算子的改进PI模型在压电陶瓷控制领域中具有很好的实用价值。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞非线性 前馈补偿器 pi模型 STOP算子
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压电陶瓷微动台的复合控制 被引量:19
16
作者 王俐 饶长辉 饶学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1265-1271,共7页
压电陶瓷微动台的迟滞非线性严重影响其动态定位精度,为了解决这一问题,采用一种改进的PI模型对微动台的迟滞非线性进行了建模。为了提高传统PID算法对压电陶瓷微动台的动态定位性能,将改进的PI模型与传统PID算法组合构成前馈复合控制算... 压电陶瓷微动台的迟滞非线性严重影响其动态定位精度,为了解决这一问题,采用一种改进的PI模型对微动台的迟滞非线性进行了建模。为了提高传统PID算法对压电陶瓷微动台的动态定位性能,将改进的PI模型与传统PID算法组合构成前馈复合控制算法,并进行了微动台的慢速与快速动态定位实验。结果表明,对同频曲线定位时,前馈PID复合算法的最大误差为传统PID算法的40%左右,平均误差为传统算法的20%~30%左右;对多频曲线定位时,前馈PID复合算法的最大误差和平均误差为传统PID算法的33%左右。数据表明前馈PID复合算法的动态定位性能明显优于传统PID算法。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞特性 改进的pi迟滞模型 前馈控制 动态定位精度
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压电陶瓷执行器迟滞补偿及复合控制 被引量:18
17
作者 于志亮 王岩 +1 位作者 曹开锐 陈昊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2113-2120,共8页
快速倾斜镜是星间激光通信终端精瞄系统的核心部件,其驱动装置为压电陶瓷执行器,而压电陶瓷具有迟滞特性,其严重影响了快速倾斜镜的定位精度,进而对星间通信链路的稳定性造成不利影响。为解决这一问题,本文设计了一种改进Prandtl-Ishlin... 快速倾斜镜是星间激光通信终端精瞄系统的核心部件,其驱动装置为压电陶瓷执行器,而压电陶瓷具有迟滞特性,其严重影响了快速倾斜镜的定位精度,进而对星间通信链路的稳定性造成不利影响。为解决这一问题,本文设计了一种改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型对压电陶瓷执行器进行建模。在此基础上,提出了压电陶瓷执行器前馈线性化方法,以对迟滞特性进行前馈逆补偿。接着,提出了一种结合改进的P-I模型与增量式PID算法的复合控制算法,并在DSP中实现了该复合控制算法。最后,在试验平台上对该算法进行了验证。结果显示:当分别对系统输入10Hz和100Hz减幅正弦、等幅正弦曲线时,模型误差在0.59%以内,在输入同频100Hz以下的减幅正弦曲线时,传统PID算法的最大误差为59.31μrad,而该复合算法的最大误差为14.22μrad。实验数据表明,本文复合控制方法的动态跟踪性能明显优于传统PID方法,改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型可以精确描述压电陶瓷的迟滞特性。本文设计的复合控制方法满足实际应用对快速倾斜镜的要求。 展开更多
关键词 快速倾斜镜 激光通信 精瞄系统 压电陶瓷执行器 迟滞特性 改进pi迟滞模型 复合控制
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基于梯形算子的AFM驱动器非对称迟滞性校正 被引量:8
18
作者 王栋 于鹏 +2 位作者 周磊 刘柱 董再励 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期32-39,共8页
原子力显微镜(AFM)通常采用压电陶瓷(PZT)作为驱动器以实现纳米尺度的观测和操作。然而,PZT自身的迟滞非线性会对AFM观测质量和操作精度产生很大影响。基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的前馈控制方法可对PZT的迟滞非线性进行补偿,但传... 原子力显微镜(AFM)通常采用压电陶瓷(PZT)作为驱动器以实现纳米尺度的观测和操作。然而,PZT自身的迟滞非线性会对AFM观测质量和操作精度产生很大影响。基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的前馈控制方法可对PZT的迟滞非线性进行补偿,但传统PI模型无法消除PZT的非对称迟滞性的影响。针对这个问题,提出一种基于梯形算子的非对称迟滞模型,并可用系统辨识方法获取逆模型参数,该方法可有效实现具有非对称迟滞特性驱动器的前馈补偿控制。AFM系统实验证明,该模型可有效减小非对称迟滞性导致的建模误差,基于该模型的前馈迟滞补偿控制可有效提高AFM的扫描成像质量。 展开更多
关键词 非对称pi模型 梯形算子 原子力显微镜 压电陶瓷 迟滞性前馈校正 逆模型直接辨识
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超磁致伸缩执行器率相关迟滞混合模型研究 被引量:5
19
作者 刘孝亮 邬义杰 +1 位作者 章一智 彭黄湖 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期286-291,共6页
超磁致伸缩执行器的迟滞具有率相关特性。提出一种混合建模方法用于率相关迟滞建模。首先,在低频激励下,建立系统的率不相关PI迟滞模型;其次,在高频激励下,提出率不相关PI迟滞模型求逆与拟合相结合的方法,将系统响应解耦,进而建立系统... 超磁致伸缩执行器的迟滞具有率相关特性。提出一种混合建模方法用于率相关迟滞建模。首先,在低频激励下,建立系统的率不相关PI迟滞模型;其次,在高频激励下,提出率不相关PI迟滞模型求逆与拟合相结合的方法,将系统响应解耦,进而建立系统线性环节模型;然后,在上述基础上,提出并建立系统迟滞环节的率相关PI迟滞模型;最后,通过系统线性环节模型和率相关PI迟滞模型串联得到率相关迟滞混合模型。实验结果显示:相对于率不相关迟滞模型或率不相关迟滞混合模型,率相关迟滞混合模型具有更高的精度,从而验证了所提模型的有效性和精确性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩执行器 迟滞 率相关 pi模型
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压电作动器的迟滞非线性建模和实时补偿控制仿真 被引量:4
20
作者 李以农 张锋 郑玲 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1297-1301,共5页
压电作动器的迟滞非线性不同程度的影响了作动器的性能,降低了系统的稳定性,甚至使得系统不稳定,尤其在振动主动控制应用中,要求系统具有极强的实时性,否则由于相位滞后控制效果将会受到严重影响。在研究了各种迟滞非线性模型和补偿算... 压电作动器的迟滞非线性不同程度的影响了作动器的性能,降低了系统的稳定性,甚至使得系统不稳定,尤其在振动主动控制应用中,要求系统具有极强的实时性,否则由于相位滞后控制效果将会受到严重影响。在研究了各种迟滞非线性模型和补偿算法的基础上,采用PI迟滞算子对压电作动器建立一个纯现象的模型来准确描述其迟滞现象,参数的线性不等式约束保证了求解的唯一性和模型的可逆性。在此基础上利用PI逆模型设计补偿器来补偿迟滞非线性。仿真结果证明了控制算法的正确性和有效性,并有效抑制了迟滞的影响,保证了理想的跟踪精度。 展开更多
关键词 压电作动器 迟滞 非线性 pi模型 逆模型
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