压电陶瓷执行器迟滞分析方法技术

本发明专利技术公开了一种压电陶瓷执行器迟滞分析方法，构建压电陶瓷执行器输入电压与输出位移的等效分数阶模型并辨识模型；根据测量输出计算分数阶微分，建立测量数据和模型之间的误差分数阶模型，根据误差模型设计了有记忆的未知参数辨识规则。本发明专利技术建立简化的等效迟滞模型，不用对压电陶瓷执行器复杂机理理想化处理，也不用将复杂模型高阶项舍弃，建立的模型更准确，位移分析更有效，满足高精度控制领域对执行器的更高要求。

Hysteresis analysis of piezoelectric actuator

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷执行器迟滞分析方法
本专利技术涉及压电陶瓷执行器迟滞建模领域，尤其涉及一种压电陶瓷执行器迟滞分析方法。
技术介绍
压电陶瓷执行器应用范围广、机电耦合性好、频率响应快，逐渐在微位移和微振动领域替代传统的电机控制和液压控制，在振动隔振和精密定位系统中起到隔振或驱动单元作用。随着高精密定位技术的迅速发展，控制系统精度提出了更高的要求。然而，压电陶瓷材料具有迟滞非线性特征是影响执行器精度的主要因素。迟滞效应是制约压电陶瓷执行器精度提升的瓶颈问题。为了克服这一缺陷，扩大压电陶瓷的应用范围，提高定位精度，国内外大量成果报道了压电陶瓷执行器建模问题。产生压电陶瓷迟滞现象的原因是输入与输出呈非线性关系，系统呈宽频谱特征，对不同频率信号有不同尺度响应，时延尺度也不一样。其表现出来就是压电陶瓷迟滞不可预测，宽频谱特征，这就给研究带来了巨大挑战，尽管进行了大量研究，迟滞效应都没有得到有效解决。理论上，理想陶瓷压电执行器电压与位移呈线性关系。然而，陶瓷压电执行器往往不处于理想状态：压电陶瓷材料不可避免具有多种成分，各成分分布也不理想；由于工艺等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电陶瓷执行器迟滞分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n步骤1：建立压电陶瓷执行器分数阶模型方程：/n

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷执行器迟滞分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：建立压电陶瓷执行器分数阶模型方程：



其中t为时间，s(t)为压电陶瓷执行器位移真值，u(t)为输入电压，a为微分阶次，k、d为待定系数；
步骤2：在给定电压下测量压电陶瓷执行器位移，输出测试数据结合分数阶模型方程，建立估计模型：



其中k′、d′为待定系数；a为微分阶次，设其范围为a∈(0,1]，设初值为a＝1；
步骤3：对位移测试数据进行平滑滤波，然后计算公式如下：



式中Γ表示伽马函数，且0＜a＜1，τ表示积分变量；
步骤4：建立位移测试数据和位移真值s(t)的分数阶误差方程：



步骤5：令输入电压测量压电陶瓷执行器位移此时根据式(1)和(2)得到d'-d＝0；按照步骤3计算将电压代入步骤2中模型，得到
步骤6：定义ek＝k'-k；代入步骤4中分数阶误差方程得到



步骤7：令确保参数辨识收敛，均方误差收敛；
步骤8：根据分数阶微分性质：得到



步骤9：根据步骤6-步骤8所得结果设计参数k'辨识规则；
步骤10：根据步骤9中辨识规则设计参数k'迭代规则，确定当前参数k'；
步骤11：根据当前参数a、k'、d'，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灵冬，李蕴华，李洪均，陈俊杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32