压电陶瓷迟滞特性建模与前馈PID控制研究

"压电陶瓷迟滞特性的建模及复合控制 (2009年)" 压电陶瓷是一种特殊的材料，它能够将电能转换为机械能，反之亦然，广泛应用于微驱动器、传感器和执行器等领域。然而，压电陶瓷的一个显著特征是其迟滞特性，即在相同的输入电压下，其输出位移或应变会因加载和卸载的方向不同而有所差异。这种非线性现象会降低系统的性能，影响其精度和稳定性。 本文针对压电陶瓷的迟滞非线性问题，提出了一种新的建模方法，即基于极坐标的数学建模。这种方法通过极坐标系统来描述压电陶瓷的迟滞特性，旨在提供一个频率无关的模型，从而在各种工作频率下都能准确反映其行为。与传统的PI（比例积分）迟滞模型相比，极坐标模型可以生成更平滑的仿真曲线，避免了PI迟滞算子拟合过程中可能出现的毛刺现象，提高了模型的精度。 为了验证模型的有效性，作者进行了仿真实验和实际实验。通过对极坐标迟滞曲线和PI迟滞曲线的拟合误差进行分析，计算出拟合方差，结果显示极坐标模型在拟合压电陶瓷的迟滞特性上表现更优。此外，研究者还在此模型基础上引入了前馈PID（比例积分微分）控制策略，通过实验获得了跟踪平均绝对误差和方差，这些指标反映了控制系统的跟踪精度。 实验结果表明，采用前馈PID控制方法可以显著提高对压电陶瓷的控制性能，与经典的PI控制器相比，其在跟踪精度和稳定性方面有明显提升，证实了该控制方法的可行性和精确性。该研究对于优化压电陶瓷驱动系统的控制策略，提高其在精密定位、微纳操作等领域的应用性能具有重要意义。 关键词：压电陶瓷；微驱动器；迟滞特性；极坐标建模；前馈控制 中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1007—449X(2009)05—0766—06 这项工作不仅提供了对压电陶瓷迟滞现象的深入理解，而且为设计高效、精确的控制算法提供了理论基础，对于工程技术人员解决相关问题具有实际指导价值。