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壓電陶瓷康茂盛CAMOZZI執(zhí)行器遲滯非線性研究
隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，微納米驅(qū)動(dòng)材料的研究及應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注與重視。壓電陶瓷是一種能將機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的新型功能型陶瓷材料，它具有體積小、反應(yīng)快、精度高和驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高科技領(lǐng)域。

壓電陶瓷康茂盛CAMOZZI執(zhí)行器遲滯非線性研究
壓電陶瓷材料也存在一些亟需解決的問題，例如存在遲滯非線性，目前國內(nèi)外很多學(xué)者都在研究如何降低遲滯對(duì)壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器的不良影響并提高其輸出位移精度。 首先簡單介紹了壓電陶瓷材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和基本原理，然后簡述了壓電陶瓷遲滯現(xiàn)象產(chǎn)生的宏觀和微觀原因，接著介紹了壓電陶瓷遲滯問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，總結(jié)了常見的幾種建立遲滯模型的方法。為實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器的精確控制，首先采用改進(jìn)的PI模型建立其遲滯模型，采用了極大似然法和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)所建立的遲滯模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的PI模型能較為精確地描述壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器的遲滯特性，仿真結(jié)果的zui大誤差為0.48μm。然后采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立遲滯模型，仿真結(jié)果的zui大誤差為0.35μm。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了遲滯逆模型，并利用所建立的遲滯逆模型作為前饋控制器對(duì)壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器進(jìn)行前饋開環(huán)控制仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)取得了較好的控制效果。線性系統(tǒng)理論經(jīng)過幾十年的發(fā)展已日臻完善。但是將按照理論設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)用于工程實(shí)踐時(shí)卻往往得不到期望的控制效果，有時(shí)甚至連穩(wěn)定性都得不到保證。究其原因，一方面固然是數(shù)學(xué)模型和物理模型之間存在偏差，但另一個(gè)重要原因就是在控制器的設(shè)計(jì)過程中沒有充分考慮到實(shí)際物理CAMOZZI執(zhí)行器件的工作范圍都要受到飽和非線性的約束（例如舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率不能超出一定范圍等），從而使得按照理論計(jì)算的控制信號(hào)不能準(zhǔn)確地施加在控制對(duì)象之上。鑒于任何物理系統(tǒng)的CAMOZZI執(zhí)行器都不可避免地受到這種飽和非線性的約束，近30年來這類控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題受到了非常廣泛的關(guān)注，許多學(xué)者提出了不同的方法來解決各種各樣的控制問題。但這些方法或存在計(jì)算復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)的問題，或存在控制效果不理想的問題，從而在很大程度上限制了相關(guān)設(shè)計(jì)方法在工程中的應(yīng)用。對(duì)帶有CAMOZZI執(zhí)行器速率飽和的線性系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要的研究內(nèi)容如下。首先，介紹了輸入飽和的相關(guān)理論。從全局鎮(zhèn)定、半全局鎮(zhèn)定、局部鎮(zhèn)定三個(gè)方面對(duì)問題進(jìn)行了分析。由于當(dāng)系統(tǒng)存在飽和非線性時(shí)，線性反饋無法實(shí)現(xiàn)全局鎮(zhèn)定，因此若想實(shí)現(xiàn)全局鎮(zhèn)定這一理想的目標(biāo)必須采用非線性控制器，第二章中給出了全局鎮(zhèn)定的非線性控制器形式。對(duì)于線性反饋，∞低增益可實(shí)現(xiàn)半全局鎮(zhèn)定，一般的控制增益能做到局部鎮(zhèn)定。其次，介紹了嵌套型飽和函數(shù)的相關(guān)理論，當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)帶有輸入與CAMOZZI執(zhí)行器速率飽和時(shí)，其數(shù)學(xué)模型就可被等價(jià)為嵌套飽和函數(shù)，利用LMI工具可對(duì)其進(jìn)行吸引域的估計(jì)以及控制增益的優(yōu)化。此外，還推導(dǎo)出了當(dāng)系統(tǒng)只帶有CAMOZZI執(zhí)行器速率飽和時(shí)，可轉(zhuǎn)化為輸入飽和的系統(tǒng)模型，進(jìn)而可借助之前的結(jié)果進(jìn)行處理。zui后，研究了一種同時(shí)帶有CAMOZZI執(zhí)行器位置與速率飽和的線性系統(tǒng)，對(duì)該類系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)處理后發(fā)現(xiàn)，其數(shù)學(xué)模型屬于連加型飽和函數(shù)。再進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該類系統(tǒng)同樣可以轉(zhuǎn)化為輸入飽和的系統(tǒng)模型。對(duì)于這類系統(tǒng)，我們選取了導(dǎo)俯仰平面姿態(tài)控制的例子進(jìn)行了仿真。除此以外，介紹了一種飽和非線性的更優(yōu)處理方法作為內(nèi)容的補(bǔ)充。

壓電陶瓷康茂盛CAMOZZI執(zhí)行器遲滯非線性研究
為進(jìn)一步提高壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器輸出位移精度，采用了逆模型前饋PID反饋控制、改進(jìn)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制和專家模糊智能控制三種復(fù)合控制方法對(duì)遲滯非線性模型進(jìn)行Matlab仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這三種方法都能有效提高壓電陶瓷CAMOZZI執(zhí)行器的位移精度，顯著地使原來的非線性輸入輸出關(guān)系變成線性關(guān)系，其中改進(jìn)的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制方法的控制效果，zui大誤差為0.37μm。