[发明专利]一种针对压电陶瓷驱动部件变载荷环境下的RDPI建模方法

说明书

本发明公开了一种针对压电陶瓷驱动部件变载荷环境下的RDPI建模方法，该方法基于RDPI模型，对压电陶瓷带载驱动系统进行动态回滞建模，提出能够精确描述变载荷环境下的压电陶瓷驱动部件特性的建模方法。本发明压电陶瓷驱动部件的输入输出回滞特性，在原有play算子上引入与输入频率和负载相关的阈值函数来重新构建RD‑Play算子，并基于RD‑Play算子构建RDPI模型。本发明中构建的RDPI模型能够有效反映压电陶瓷驱动部件中输入电压频率和带载质量变化所造成的动态特性，且适用于频率有变化的任何驱动电压信号。

技术领域

本发明涉及控制工程技术领域，具体涉及一种针对压电陶瓷驱动部件变载荷环境下的RDPI建模方法。

背景技术

压电陶瓷驱动器是利用压电陶瓷材料的压电效应制成，通过施加激励电压使得材料发生形变，是目前微位移驱动技术中比较理想的驱动元件，具有定位精度高、驱动力大、响应速度快等优点。但在实际应用中，由于其自身具有的回滞非线性特性，使得定位精度大大降低，对压电陶瓷驱动器的应用产生了严重的影响，因而成为目前我们急需解决的问题。

为了能够有效表征其复杂的回滞非线性特性，科学家们已经提出了多种数学模型，常用的模型有Preisach模型、Prandtl-Ishlinskii(PI)模型和Duhem模型等。

然而，压电陶瓷驱动器在带载条件下，其输入输出特性更为复杂。随着输入信号频率和负载大小的变化，压电陶瓷驱动器表现出的回滞非线性会更加明显，呈现出率相关和负载相关的特性，这会使得驱动器的定位误差增大，严重影响了压电陶瓷驱动器的实时应用。而传统的回滞模型，例如经典的Preisach模型和PI模型等均只能表征率无关的回滞特性。目前尚无能够有效表征出压电陶瓷驱动部件的率相关和负载相关特性的建模方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种针对压电陶瓷驱动部件变载荷环境下的RDPI建模方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种针对压电陶瓷驱动部件变载荷环境下的RDPI建模方法，所述的RDPI建模方法包括：

S1、建立压电陶瓷驱动部件带载系统步骤，将一块垂直加载在压电陶瓷驱动部件之上的刚性模块作为负载，使得驱动部件的输出位移与负载的输出位移相一致，并且与负载质量m相关，通过激光位移传感器获取驱动部件的输出位移；

S2、建立压电陶瓷带载驱动部件数学模型步骤，对于压电陶瓷带载驱动部件的输入输出特性，将其视为一个回滞特性和一个二阶弹簧质量阻尼系统的串联，则压电陶瓷带载驱动部件的表达式为：

其中a₀,a₁,b₀是与压电陶瓷材料和被驱动负载大小相关的参数，v(t)为输入电压，x(t)为压电陶瓷驱动部件的输出位移，

P[v](t)为改进的RDPI模型，p₀为正常数，p_j＞0,j∈{0,1,2,…,n}为离散密度权值，n为正整数，为带有动态阈值函数的RD-play算子。

进一步地，所述的RD-play算子的定义为：

其中t_j＜t≤t_j+1，0≤j≤N-1且有：