【摘 要】
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微纳米定位技术已经发展成高精密定位领域的关键性技术之一,而微纳米定位技术核心执行器材料的选择对定位精度有非常显著的影响。压电陶瓷材料是一种能将电能转化为机械能的
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微纳米定位技术已经发展成高精密定位领域的关键性技术之一,而微纳米定位技术核心执行器材料的选择对定位精度有非常显著的影响。压电陶瓷材料是一种能将电能转化为机械能的智能材料,它具有分辨率高、响应快、价格低廉、质量轻等优点,已受到该领域科研人员的重点关注,并已广泛应用于各种高精密定位中,其中由压电陶瓷材料发展而成的压电超精密定位台是近些年来研究的热点和难点。然而,由于压电陶瓷材料自身存在迟滞非线性和蠕变特性等影响定位精度的因素,严重阻碍了压电超精密定位台的发展和应用。对此,解决这一难题成为每个研究人员的的重点和难点。1)为了解决压电超精密定位台的率相关特性,提高迟滞建模精度,本文研究了压电超精密定位台率相关迟滞模型的建立。由于Backlash-Like迟滞模型不能描述压电超精密定位台的率相关性,所以本文将Backlash-Like模型和ARX自回归模型串接起来,得到Hammerstein-like率相关迟滞模型。随后又考虑到部分压电超精密定位台自身的动态特性,提出了类Hammerstein-like模型(又可称为动态迟滞模型),该模型迟滞非线性环节依旧为Backlash-Like模型,只是线性环节变成了弹簧-阻尼的二阶线性系统。最后通过实验得出,两种建模方法分别解决了压电超精密定位台的率相关迟滞特性和自身的动态特性。2)对于线性化控制,本文提出了三种控制策略:第一种,Hammerstein-like逆模型前馈补偿控制策略,该控制策略有效的削弱了迟滞效应,迟滞环得到了明显的削弱,提高了控制精度。第二种,将Hammerstein-like逆模型前馈补偿控制和PID反馈控制相结合,得到了一种复合PID控制,其进一步提高了控制精度和抗干扰能力。但是由于传统的PID控制其参数需要试凑,需要研究人员足够的经验,且不一定能够达到最优控制,进而提出了第三种控制策略。第三种,将Hammerstein-like逆模型前馈补偿控制和BP神经网络PID反馈控制相结合,控制效果比第一种和第二种策略更好,均方根误差ERMSE和相对误差ERE相对更小,且而且能够实时在线调节,基本上能够达到最优控制。
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