[发明专利]一种压电驱动器的率相关迟滞建模方法

说明书

一种压电驱动器的率相关迟滞建模方法，先基于Bouc‑Wen模型，引入旋转因子及率相关的放大因子，并采用二阶系统对其进行进一步描述得到率相关迟滞模型；搭建测试系统平台，以压电驱动为对象，通过信号发生器产生不同频率的正弦信号以及扫频信号作为输入，通过功率放大器后为压电驱动器供电，利用传感系统采集对应的压电驱动器的输出信号；进行率相关迟滞模型的辨识，利用扫频信号以及对应的输出信号，采用最小二乘法辨识出二阶系统参数；利用低频正弦信号以及对应的输出信号，采用粒子群算法辨识出率相关迟滞模型的静态参数；利用不同频率正弦信号以及对应的输出信号拟合出率相关迟滞模型的动态参数；本发明能够同时反应压电驱动器的幅值相关及率相关特性。

技术领域

本发明涉及压电迟滞建模技术领域，具体涉及一种压电驱动器的率相关迟滞建模方法。

背景技术

随着科学技术在微观领域的发展，精密驱动在生物工程、微电子技术以及精密加工等领域有着越来越广泛的应用，而且这些领域对驱动的精度要求也越来越高。典型的，如电镜扫描、微操作台以及原子力显微镜等重要精密仪器都需要用到精密驱动。压电驱动器由于其分辨率高、输出力大以及能量密度高等优点在精密驱动领域得到了广泛的应用，但是压电驱动器存在的迟滞非线性特性导致了驱动器精度的严重损失，需要对其迟滞进行补偿控制，目前常用的迟滞补偿控制方法主要有逆模型前馈控制、反馈控制以及前反馈控制，其中常用的前馈控制和前反馈控制均需要用到迟滞模型，因此，迟滞建模是压电精密驱动领域中的一个关键问题。

压电驱动器的非线性迟滞表现出明显的幅值相关及率相关特性，非线性迟滞环会随幅值增大而变大，同时也会随频率提高而增大。但是目前常用的迟滞模型大多可以体现迟滞幅值相关特性而无法反应迟滞的率相关特性，因此亟需一种能同时反应压电驱动器非线性迟滞的幅值相关及率相关特性的迟滞模型为压电驱动的精密控制提供可靠模型。

发明内容

为了克服上述现有模型的缺点，本发明的目的在于提供了一种压电驱动器的率相关迟滞建模方法，能够同时反应压电驱动器的幅值相关及率相关特性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种压电驱动器的率相关迟滞建模方法，包括以下步骤：

步骤1，基于Bouc-Wen模型，引入旋转因子及率相关的放大因子对Bouc-Wen模型进行改进使其能反应非线性迟滞的率相关特性，并采用二阶系统对其进行进一步描述得到率相关迟滞模型，率相关迟滞模型具有幅值相关特性与率相关特性；

所述的率相关迟滞模型的数学表达式为：

其中：u为功率放大器的输入电压，h为Bouc-Wen模型的算子，α,β,γ则是迟滞环的形状控制参数，属于率相关迟滞模型的静态参数，k_w为率相关放大因子，与输入信号频率有关，记做k_w＝f(w)，属于率相关迟滞模型的动态参数，k_θ为旋转因子，也属于率相关迟滞模型的静态参数，l为通过选择因子和放大因子变换后的迟滞算子，ζ和w_n分别为二阶系统的阻尼和固有频率，k为比例因子，y为最终的输出位移；

步骤2，搭建测试系统平台，以压电驱动为对象，通过信号发生器产生不同频率的正弦信号以及扫频信号作为输入，通过功率放大器后为压电驱动器供电，利用传感系统采集对应的压电驱动器的位移输出信号；

步骤3，进行率相关迟滞模型的辨识：

3.1)利用压电驱动器的扫频信号以及对应的输出信号，采用最小二乘法辨识出二阶系统参数ζ和w_n；

3.2)利用压电驱动器的低频正弦信号以及对应的输出信号，采用粒子群算法辨识出率相关迟滞模型的静态参数α,β,γ,k_θ,k；