壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)的磁滯補(bǔ)償控制理論和方法研究

論文名稱：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)的磁滯補(bǔ)償控制理論和方法研究

論文作者：上海交通大學(xué)/ 谷國迎

指導(dǎo)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(dòng)控制，制造裝備/過程智能監(jiān)控。》

本學(xué)位論文以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)為對(duì)象，從壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(tái)電路特性、磁滯效應(yīng)、壓電效應(yīng)和機(jī)械振動(dòng)等多物理因素耦合特性的綜機(jī)電合動(dòng)力學(xué)模型，深入開展磁滯補(bǔ)償控制原理和方法的研究，搭建壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證模型和控制算法的有效性，旨在將控制器的設(shè)計(jì)與磁滯模型的特性相結(jié)合，消除壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的磁滯非線性對(duì)驅(qū)動(dòng)精度的影響，實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)的納米精度運(yùn)動(dòng)生成，擴(kuò)展壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(duì)稱磁滯非線性的增強(qiáng)型Prandtl-Ishlisnkii模型和基于此模型的直接逆磁滯補(bǔ)償控制方法，可以方便、有效地用于非對(duì)稱磁滯非線性的開環(huán)補(bǔ)償控制，將磁滯誤差減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)；從電路特性、磁滯效應(yīng)、壓電效應(yīng)和機(jī)械振動(dòng)等物理因素耦合建模入手，提出了完整描述壓電驅(qū)動(dòng)微位移平臺(tái)系統(tǒng)的綜合機(jī)電動(dòng)力學(xué)模型，所提的系統(tǒng)模型具有一般性，能推導(dǎo)出現(xiàn)有文獻(xiàn)中的各種模型；基于此模型，結(jié)合滑模控制和自適應(yīng)控制，設(shè)計(jì)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(dòng)柔順機(jī)構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了快速納米精度運(yùn)動(dòng)生成；設(shè)計(jì)了含估計(jì)逆磁滯補(bǔ)償?shù)聂敯糇赃m應(yīng)控制器，從理論上給出了一類含非對(duì)稱Backlash驅(qū)動(dòng)的n階非線性系統(tǒng)的魯棒逆控制算法設(shè)計(jì)的新思路，解決了常規(guī)逆磁滯補(bǔ)償控制中閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析的難題。