改进PI模型在压电执行器磁滞补偿与控制中的应用

"基于改进PI模型的压电执行器磁滞补偿与控制" 本文主要探讨了压电陶瓷执行器在星间激光通信精瞄系统中的应用，以及其磁滞特性对系统性能的影响。压电陶瓷执行器由于其独特的电-机械转换特性，广泛应用于高精度定位和控制领域。然而，压电陶瓷执行器存在显著的磁滞现象，即在相同的电信号作用下，其位移响应会因加载和卸载方向的不同而产生差异，这种非线性行为会降低系统的定位精度，影响信标光的捕获和链路稳定性。 为解决这一问题，研究者们提出了一种基于PLAY迟滞算子改进的Prandtl-Ishlinskii（PI）数学模型。传统的PI模型是描述磁滞现象的一种常用工具，但其对某些特定类型的磁滞行为可能无法准确建模。PLAY迟滞算子则提供了一种更灵活的方法来描述复杂的磁滞特性。通过结合这两种模型，研究人员能够更精确地识别和模拟压电执行器的磁滞行为。 文章介绍了改进PI模型的辨识方法，即通过实验数据来确定模型参数，以匹配压电执行器的实际磁滞特性。然后，利用这个模型进行前馈线性化逆补偿，目的是在线性化执行器的动态响应，从而减少磁滞效应对系统性能的影响。前馈逆补偿策略是在输入信号阶段就考虑了磁滞影响，通过补偿算法使得执行器的输出尽可能接近理想线性响应。 实验结果证明了该模型的有效性。在不同频率下的等幅和减幅正弦控制信号下，改进的PI模型的最大拟合误差保持在1%以内，这表明模型能很好地跟踪压电陶瓷执行器的实际行为。同时，应用该模型进行补偿后，压电驱动的线性度误差从5%降低到了1%以内，显著提高了系统的精度。此外，改进后的PI模型在计算复杂度上也有所优化，从原来的O(n)降低到O(1)，这意味着更快的计算速度和更高的实时性。 关键词涉及的内容包括快速倾斜镜（可能用于激光通信系统的精确指向），压电陶瓷执行器，磁滞特性，以及改进的PI模型。这些关键词突出了研究的核心领域和技术手段，强调了磁滞补偿在提高系统性能中的关键作用。 这篇研究论文为压电执行器的磁滞补偿提供了新的理论依据和实用方法，对于提升星间激光通信系统的稳定性和精度具有重要意义。通过改进的PI模型，不仅能够更准确地描述压电执行器的磁滞特性，还能有效减小磁滞引起的非线性误差，提高系统整体的控制性能。