一种压电陶瓷的抗迟滞方法、装置、设备和介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种压电陶瓷的抗迟滞方法、装置、设备和介质，方法包括：S1、根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U

Anti hysteresis method, device, equipment and medium of piezoelectric ceramics

【技术实现步骤摘要】
一种压电陶瓷的抗迟滞方法、装置、设备和介质
本专利技术涉及压电陶瓷的抗迟滞
，特别涉及一种压电陶瓷迟滞非线性的基于斜率的一次方程抗迟滞方法、装置、设备和介质。
技术介绍
压电陶瓷驱动器作为微位移机构的主要驱动元件，具有稳定性好、响应快、位移分辨率高、易安装、精度高等优点，是实现微位移驱动的核心，其中压电陶瓷作为一种能将电能转换为微位移的新型功能型智能材料，被广泛应用于微定位平台、精密加工、微电子、生物医学等领域。压电陶瓷具有迟滞特性、非线性和蠕变特性，其中，压电陶瓷的迟滞特性是指：同一压电陶瓷的升压和降压位移曲线之间不同，并存在位移差称为迟滞特性。目前，国内外学者对压电陶瓷迟滞特性的主要研究方为建模与控制。其中数学建模主要是原理简单，应用广泛的Preisach模型和PI模型，但实现形式较为复杂且难以实现在线控制；广义Bouc-Wen模型可以较好的描述非对称的迟滞环且其解析逆模型易于求取；物理建模主要是有基于神经网络方法、基于支持向量机的迟滞建模；迟滞控制方面最为直接和最有效的就是运用前馈逆补偿控制方法，来快速减小迟滞误差，如自适应控制、PID反馈复合控制、智能控制、鲁棒控制等。压电陶瓷的迟滞非线性是指在由采样电压与对应位移构成的迟滞模型曲线中，相同采样电压在上升、下降轨迹中对应的位移存在差值，本质原因在于压电陶瓷内部电介质的晶格之间存在极小的内摩擦力，当电场作用导致晶格反复转向时，电畴会发生不规律、不可逆的转向，从而造成了压电陶瓷的迟滞非线性，参见图1，其为60um行程、10V步长驱动电压的压电陶瓷驱动器的迟滞模型曲线示意图，显示了采样电压与位移的迟滞模型曲线。综上所述，目前学者们大多采用复杂的建模控制算法去修正压电陶瓷的迟滞非线性，但是很难在实际控制中应用，因此为了尽量克服迟滞特性引起的定位精度误差，需要研究一种简便可行又易于实现的修正方法，因此有必要研究一种基于斜率的一次方程抗迟滞方法，实现对压电陶瓷迟滞非线性的修正。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种压电陶瓷的抗迟滞方法、装置、设备和介质，通过两个一次线性方程，具有更高的可实施性和可操作性，为进一步提高压电陶瓷驱动器的定位及控制精度提供了科学的参考依据。第一方面，本专利技术提供了一种压电陶瓷的抗迟滞方法，包括下述步骤：S1、根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升轨迹曲线的一次方程UR-实际和下降轨迹曲线的一次方程UF-实际；S2、最后将采样点(x,y)的坐标分别输入所述一次方程UR-实际和所述一次方程UF-实际，得出最终的实际修正电压UM-实际，将实际修正电压UM-实际输入压电陶瓷驱动器，作出修正后的驱动控制曲线。第二方面，本专利技术提供了一种压电陶瓷的抗迟滞装置，其特征在于：包括：方程建立模块，用于根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升轨迹曲线的一次方程UR-实际和下降轨迹曲线的一次方程UF-实际；修正模块，用于将采样点(x,y)的坐标分别输入所述一次方程UR-实际和所述一次方程UF-实际，得出最终的实际修正电压UM-实际，将实际修正电压UM-实际输入压电陶瓷驱动器，作出修正后的驱动控制曲线。第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的方法。第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：(1)本专利技术中的一次函数曲线Lr、Lf均可以得到一次线性方程UR-实际、UF-实际，且该方程的变量为一一对应的采样电压Us和位移，上述两种变量可以直接通过实验测得，且由于压电陶瓷驱动控制曲线具有较好的重复性及普遍性，即不同行程的压电陶瓷驱动器具有近似的迟滞模型曲线，所以上述抗迟滞方法同样存在普遍性。(2)在实际应用中，可以构建电路模块，电路的输入端即为采样点(x,y)，输出端为通过一次线性方程UR-实际、UF-实际修正后的实际修正电压UM-实际，实现对迟滞模型曲线的修正。相对于繁琐复杂的建模、控制算法，该方法具有更高的可实施性和可操作性，为进一步提高压电陶瓷驱动器的定位及控制精度提供了科学的参考依据。(3)经实验验证，通过发现迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升、下降轨迹曲线的一次方程UR-实际、UF-实际，对60um行程、10V步长驱动电压的压电陶瓷驱动器进行了修正实验，压电陶瓷驱动器的最大迟滞误差从14.31％减小为1.35％，迟滞误差减小了90.566％，非线性误差小于1.458％，重复性误差小于1.17％。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1为60um行程、10V步长驱动电压的压电陶瓷驱动器的迟滞模型曲线示意图；图2为本专利技术实施例一中方法的流程图；图2a为本专利技术实施例一方法中的建立上升、下降轨迹曲线的一次方程的流程图；图2b为本专利技术实施例一方法中的割率计算过程的流程图；图3为本专利技术修正直线及迟滞非线性规律采样点示意图；图4a和图4b分别为本专利技术上升、下降轨迹满足的迟滞非线性规律曲线示意图；图5a和图5b分别为本专利技术上升、下降轨迹满足的基于斜率的一次方程曲线示意图；图6为本专利技术60um行程压电陶瓷驱动器修正后的驱动控制曲线示意图；图7为迟滞非线性规律表；图8为基于斜率的一次方程数据分析表；图9为基于斜率的一次方程抗迟滞方法修正前后对比表；图10为本专利技术实施例二中装置的结构示意图；图11为本专利技术实施例三中电子设备的结构示意图；图12为本专利技术实施例四中介质的结构示意图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种压电陶瓷的抗迟滞方法、装置、设备及介质，通过两个一次线性方程，具有更高的可实施性和可操作性，为进一步提高压电陶瓷驱动器的定位及控制精度提供了科学的参考依据。本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升、下降轨迹曲线的一次方程UR-实际、UF-实际。实施例一本实施例提供一种压电陶瓷的抗迟滞方法，如图2所示，包括下述步骤：S1、根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升轨迹曲线的一次方程UR-实际和下降轨迹曲线的一次方程UF-实际；如图2a所示，具体包括直述步骤：S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电陶瓷的抗迟滞方法，其特征在于：包括下述步骤：/nS1、根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷的抗迟滞方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1、根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升轨迹曲线的一次方程UR-实际和下降轨迹曲线的一次方程UF-实际；
S2、最后将采样点(x,y)的坐标分别输入所述一次方程UR-实际和所述一次方程UF-实际，得出最终的实际修正电压UM-实际，将实际修正电压UM-实际输入压电陶瓷驱动器，作出修正后的驱动控制曲线。


2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷的抗迟滞方法，其特征在于：
所述步骤S1具体是：
S11、将迟滞模型曲线的采样点(x,y)的位移Fs与采样电压Us相除得到割率，即K＝y/x＝Fs/Us；
S12、将目标修正电压U目标与采样电压Us相除得到电压比，即H＝U目标/Us；
S13、将割率K与电压比H进行线性拟合，作出上升轨迹曲线对应的一次函数曲线Lr和下降轨迹曲线对应的一次函数曲线Lf；
S14、根据所述一次函数曲线Lr求得上升轨迹曲线对应一次方程Hr，根据所述一次函数曲线Lf求得下降轨迹曲线对应的一次方程Hf；
S15、分别将一次方程Hr、Hf等式两边同乘采样电压Us，得出最终的一次方程UR-实际、UF-实际。


3.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷的抗迟滞方法，其特征在于：所述步骤S11具体是：
将迟滞模型曲线的首尾两点连接作出修正直线；
找到上升轨迹、下降轨迹各自的迟滞非线性规律曲线，拟合得到对应的五次多项式Fr、Ff；
根据所述五次多项式Fr、Ff，以采样电压Us作为输入电压，得出对应的补偿电压UCD；
将采样电压Us与补偿电压UCD相减得到目标修正电压U目标；
然后将采样点(x,y)的位移Fs与采样电压Us相除得到割率，即K＝y/x＝Fs/Us。


4.一种压电陶瓷的抗迟滞装置，其特征在于：包括：
方程建立模块，用于根据迟滞模型曲线的采样点(x,y)与对应目标修正电压U目标所满足的线性关系，建立上升轨迹曲线的一次方程UR...

【专利技术属性】
技术研发人员：范伟，傅雨晨，金花雪，王寅，占炜，杨建红，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35