壓電陶瓷驅動器的復合控制方法研究

李自成，熊 軒，王后能，熊 濤

（武漢工程大學電氣信息學院，湖北 武漢 430205）

1 引言

由于具有響應快、定位精度高、分辨率高等優勢，壓電陶瓷驅動器［1］被廣泛應用在微型機械制造、超精密加工、半導體技術、顯微鏡技術等領域。然而由于其輸入電壓同輸出位移之間存在嚴重的遲滯非線性，影響了運動控制精度和系統的穩定性。

為了減少遲滯非線性對高精度定位［2］系統的影響，實現對系統的精確控制，需要建立遲滯非線性的數學模型并加以控制。目前遲滯模型主要分為兩大類：一類是基于物理機制的模型，通過對遲滯材料的微觀機理深入理解的基礎上給出相應的表達式來描述遲滯特性，存在著很大局限性，所建立遲滯模型往往只適用于某種遲滯材料，不利于推廣；另一類是基于現象的模型，不需要考慮復雜的物理成因，模型結構簡單，易于實現，以Preisach 模型、Krasnoselskii-Pokrovskii（KP）模型、Prandtl-Ishilinskii（PI）模型［3-4］等為代表，因此成為遲滯非線性建模研究的重點。針對壓電陶瓷驅動器遲滯非線性的控制方案，主要分為兩種：逆模型補償［5］和閉環控制［6］。逆模型補償方法屬于開環控制，通過對遲滯特性建立逆模型，串聯在系統前進行補償，具有系統簡單，響應快的特點，然而，該方法容易受到擾動影響，控制精度取決于模型精度，無法進行實時補償。第二種是閉環控制方法，主要包括PID 控制、滑模控制、魯棒控制［7］和自適應控制［8］等方法。此類方法將遲滯看作擾動，直接通過系統的輸入、輸出及誤差進行補償控制，不需要建立遲滯模型，控制精度高，系統穩定。……