极坐标建模与前馈控制提升压电陶瓷迟滞精度

本文主要探讨了压电陶瓷迟滞特性的建模及其复合控制策略在电机与控制领域的应用。压电陶瓷作为重要的能量转换元件，其内部存在迟滞现象，这在高频工作下可能导致输出精度下降，影响其实际应用性能。针对这一问题，作者提出了一种基于极坐标的数学建模方法，这种方法旨在创建一个频率无关的模型，以便更好地描述压电陶瓷的非线性迟滞行为。 极坐标建模方法通过将压电陶瓷的输出变量转换到极坐标系统，使得迟滞效应在新的坐标系中变得更加容易处理。与传统的PID（比例-积分-微分）控制中的迟滞模型相比，极坐标模型能够提供更平滑的仿真曲线，有效解决了PI迟滞算子拟合时可能出现的毛刺问题。通过对实验数据的分析，文中详细比较了极坐标模型与PI模型的拟合误差，并给出了拟合方差，以量化它们在描述迟滞特性方面的准确度。 为了进一步提升控制精度，作者在极坐标迟滞模型的基础上引入了前馈PID控制策略。前馈控制能够补偿系统的动态响应，从而减小跟踪误差。实验结果展示了使用前馈PID控制方法后，压电陶瓷驱动系统的跟踪平均绝对误差和方差明显降低，与经典的PI控制相比，在跟踪精确度上有了显著的改进。 这篇论文通过构建和比较不同类型的模型，以及实验证明，为压电陶瓷的迟滞特性提供了有效的数学描述和控制解决方案，这对于优化压电陶瓷驱动系统的性能，特别是在高精度、高频应用中，具有重要的理论和实践价值。研究结果表明，采用极坐标建模结合前馈PID控制可以显著提高压电陶瓷驱动系统的控制性能和稳定性。