關(guān)于壓電陶瓷驅(qū)動器

壓電陶瓷驅(qū)動器有著納米級定位分辨率，阻滯力大，剛度高，響應(yīng)速度快，尺寸小，重量輕等優(yōu)點而被廣泛的應(yīng)用于各種需要超高精度運動定位的場合之中。由于單片壓電陶瓷所能輸出的力和位移都比較有限，實際應(yīng)用中，常使用的是一種堆疊型壓電陶瓷驅(qū)動器，即通過一定數(shù)量的組合將壓電陶瓷材料疊加起來，從而提高了驅(qū)動器輸出位移的總長度。

壓電陶瓷驅(qū)動器的特點

壓電陶瓷驅(qū)動器雖然具有很多優(yōu)點，但是在使用過程中，也面臨著遲滯、蠕變和漂移等問題，這些問題將使得壓電陶瓷具有較高的非線性特征。非線性特征的誤差一般以遲滯為主。遲滯效應(yīng)是外加電壓與輸出位移之間的一種非線性關(guān)系，它可以導(dǎo)致嚴(yán)重的開環(huán)定位誤差，誤差范圍可高達整個定位行程的10%～15%。這就造成了傳統(tǒng)的控制方法的不可用，同時壓電陶瓷執(zhí)行器的精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型也很難獲得，使得一些經(jīng)典控制算法不能很好的對其靜態(tài)和動態(tài)性能進行描述，同時也不能很好的體現(xiàn)其響應(yīng)速度快等優(yōu)點。因此，需要一定的控制技術(shù)來消除壓電陶瓷非線性的影響。

PID閉環(huán)控制方式

針對壓電陶瓷遲滯誤差對平臺的影響，三英精控主要通過PID閉環(huán)控制方式來進行補償。以下是PID 算法及其相關(guān)優(yōu)化算法的相關(guān)介紹：

1、PID閉環(huán)控制

采用PID閉環(huán)控制算法，將輸出位移誤差反饋到 PZT 輸入端，通過不斷修正輸入值來最終消除誤差。所謂PID閉環(huán)控制算法，是利用基礎(chǔ)的比例、積分、微分模塊組合而成，通過閉環(huán)控制對壓電陶瓷驅(qū)動器起到優(yōu)化動態(tài)性能的作用。

2、BP網(wǎng)絡(luò)PID控制

網(wǎng)絡(luò)PID控制能夠通過自動調(diào)整連接權(quán)值來不斷優(yōu)化PID控制參數(shù)，也就是在不斷修正PID的三個控制參數(shù)，直到系統(tǒng)的輸出位移與給定輸入位移之間的誤差滿足要求，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的自適應(yīng)優(yōu)化控制。使得系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力、更高的定位精度以及更好的適應(yīng)性。

3、模糊小腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制

模糊小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller，簡稱 FCMAC）是將微定位平臺系統(tǒng)的實際輸出位移與給定期望輸入位移之間計算得到的偏差值及其變化率輸入到網(wǎng)絡(luò)中，并按照預(yù)設(shè)的隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則進行模糊化處理，再激活相關(guān)聯(lián)想單元和權(quán)值，以及進行反模糊化處理，得到網(wǎng)絡(luò)的輸出。因此，F(xiàn)CMAC 網(wǎng)絡(luò)從輸入到輸出可以分為輸入層、模糊感知層、模糊邏輯層、聯(lián)想強度層和輸出層。通過此控制方式可大幅度縮短系統(tǒng)穩(wěn)定的時間。

審核編輯黃宇