基于LabVIEW FPGA的壓電遲滯補償控制研究*

甘曉明，張 臣，石 晗

（南京航空航天大學機電學院，南京 210016）

隨著航空航天、微納制造和半導體等高精尖行業的發展，精密加工和控制領域對定位精度的要求更加嚴格[1–2]。壓電陶瓷因其響應速度快、定位精度高、體積小等優點被廣泛應用于微納米驅動控制領域中。盡管壓電材料的應用范圍廣泛，但受到非線性的影響 （遲滯、蠕變等非線性特性）[3–4]，其定位精度下降[5–6]，這對高性能納米定位控制提出了挑戰[7]。

傳統上常采用對遲滯效應進行建模的方法進行補償，即通過數學方法建立遲滯非線性的擬合模型，然后對逆模型進行求解，得出壓電材料激勵電壓和位移輸出之間的關系，從而實現對遲滯非線性的前饋補償[8–10]。但是一般來說，擬合越準確、補償效果越好的遲滯模型結構會越復雜，待定參數越多，需要大量試驗數據來辨識模型中的各種參數。

除了基于遲滯模型的前饋補償控制，研究人員還設計出了反饋補償控制，即根據壓電驅動器反饋回來的實際位移對激勵電壓進行調整[11]。單純的前饋補償依賴于精確的建模，而且對于工作過程中可能出現的未知擾動缺乏足夠的抵抗能力，而單純的反饋補償控制也需要足夠的響應時間來跟蹤期望的輸出軌跡。

現場可編輯門陣列 （Field programmable gate array，FPGA）因其高度可靠性、實時性、集成性和極強的信號處理分析能力，在信號處理和控制方面得到了越來越廣泛的應用[12]，但是其對于底層硬件相關理論要求較高，并且需要掌握復雜的VHDL編程語言，在LabVIEW FPGA模塊中，圖形化的控件將各種邏輯功能的VHDL代碼封裝起來，大大降低了FPGA設計的復雜程度。……