压电执行器磁滞补偿：精确建模、识别与性能提升

压电执行器（Piezoelectric Actuator, PEA）是一种广泛应用在精密机械、电子设备中的高精度运动控制元件，然而，它们的主要缺点之一是其开环控制性能受到磁滞效应（Hysteresis）的显著影响。磁滞是由于材料内部磁化状态随磁场强度变化时存在滞后，导致输出力或位移与输入信号不成线性关系，从而降低控制系统的稳定性与精度。 为了克服这一问题，本文提出了一个创新的数学模型来精确描述压电执行器的磁滞现象。该模型考虑了磁滞非线性特性，通过对磁化曲线的建模，使得工程师能够更好地理解和预测PEA的行为。这种模型的建立是基于对磁滞过程深入理解的基础上，通过对磁化数据的分析和处理，构建出能够反映实际磁滞特性的数学函数。 接下来，针对磁滞补偿，文中提出了一种自适应逆控制策略（Adaptive Inverse Control）。逆控制技术通过调整输入信号以补偿输出的非线性响应，旨在减小磁滞引起的误差。利用最小均方（Least Mean Square, LMS）算法，文章实现了对磁滞回线权重的在线学习和自适应更新，这是一种迭代优化的方法，可以实时地调整控制器参数以适应不断变化的磁滞特性。 作者还设计并实现了压电执行器的反向前馈控制器（Inverse Feedforward Controller），这一控制器结合了线性化技术，通过预先估计磁滞影响，提前调整输入信号，从而进一步提升系统的动态性能和位置精度。这种方法不仅减轻了磁滞的影响，而且提高了系统的闭环控制效果。 实验部分在由压电执行器驱动的微定位系统上进行验证，结果显示，相比于常规无补偿的开环控制，采用提出的磁滞补偿方法后，定位精度得到了显著提高，证实了该方法的有效性和实用性。这为改善压电执行器在精密机械中的应用提供了重要的理论支持和技术手段。 总结来说，本文的关键贡献在于开发了一个精确的压电执行器磁滞模型，设计了一种基于LMS的自适应逆控制策略，并通过实验验证了其在提高系统定位精度方面的优势。这对于提升压电执行器的控制性能，特别是在微纳级定位系统中，具有重要的实际意义和应用前景。