一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法技术

一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法,解决了现有将快速倾斜镜的非线性迟滞现象看作为单根压电陶瓷的迟滞现象进行建模存在精度不高的问题,属于迟滞非线性模型参数辨识领域。本发明专利技术包括建立快速倾斜镜的单根压电陶瓷的对称迟滞模型和非线性函数h，将对称迟滞模型的输出作为非线性函数h的输入,获取两根对径的压电陶瓷的非线性函数h

【技术实现步骤摘要】
一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法
本专利技术涉及一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法,属于迟滞非线性模型参数辨识领域。
技术介绍
快速倾斜镜是由多根压电陶瓷的并联机构。如图1所示，在快速倾斜镜内部有四根呈十字对称分布的压电陶瓷柱,通过每根压电陶瓷的伸缩即可推动其上的镜面平台进行偏转,镜面平台通过柔性铰链与外壳连接。尽管快速倾斜镜内部包含四个压电陶瓷作动器,但这些压电陶瓷并非独立工作,而是对径两个压电陶瓷同时工作,驱动镜面平台沿垂直于这两个压电陶瓷的方向转动。如图2所示,对径的1号和2号陶瓷的电接口串联在一起,共同承担固定100V的电压输入,改变控制电压的大小,就可以同时控制两根陶瓷的伸缩,完成对一个方向的角度控制。由于快速倾斜镜的驱动元件压电陶瓷存在非线性迟滞效应，故而快速倾斜镜的输入电压和偏转角度也呈现迟滞非线性关系。这种非线性迟滞表现在当对快速倾斜镜输入如图3所示的三角波输入电压时，快速倾斜镜的输出角度与时间关系如图4所示。进一步，快速倾斜镜的输出角度和输入电压之间的关系如图5所示。为了能够对这种非线性迟滞效应进行有效补偿，必须对非线性迟滞进行建模，所建立的模型与实际的逼近程度关系到下一步补偿效果(补偿目的：使输入电压和输出位移成线性关系，进而便于控制)的好坏。目前，尽管能够较为精确地建立单根压电陶瓷的迟滞模型，但由于快速倾斜镜是由多根压电陶瓷驱动的，故快速倾斜镜的迟滞模型相对于单根压电陶瓷的迟滞模型来说较为复杂。然而现有的技术方法是忽略快速倾斜的内部结构，直接把快速倾斜镜的迟滞非线性看作成单根压电陶瓷的迟滞非线性关系，即认为快速倾斜镜与单根压电陶瓷的迟滞特性相同，进而对快速倾斜镜的迟滞现象进行建模补偿。通过对该快速倾斜镜的使用，发现其迟滞特性并不与单根压电陶瓷的迟滞特性相同，所以现有将快速倾斜镜的非线性迟滞现象看作为单根压电陶瓷的迟滞现象进行建模存在精度不高的问题。
技术实现思路
针对现有将快速倾斜镜的非线性迟滞现象看作为单根压电陶瓷的迟滞现象进行建模存在精度不高的问题，本专利技术提供一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法。本专利技术的一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法，所述方法包括：S1、建立快速倾斜镜的单根压电陶瓷的对称迟滞模型，该对称迟滞模型的输入为单根压电陶瓷的输入电压，输出为单根压电陶瓷的长度，利用输入输出辨识出对称迟滞模型的参数；S2、把随机信号输入到快速倾斜镜中，获得快速倾斜镜的输出角度，同时将所述随机信号转换成快速倾斜镜中对径的两根压电陶瓷的输入电压，并分别输入到辨识出参数的对称迟滞模型中，获得对径的两根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出；S3、建立单根压电陶瓷的非线性函数h，非线性函数h的输入为S2中单根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出，非线性函数h的输出为该单根压电陶瓷的长度输出，非线性函数h的参数为A；S4、按照S3获得两根对径的压电陶瓷的非线性函数h1和h2，获取非线性函数f＝h1-h2的表达式，非线性函数f中的参数为B；S5、利用S2获得的快速倾斜镜的输出角度及对称迟滞模型的输出对非线性函数f中参数B进行辨识计算；S6、根据辨识出参数的非线性函数f，对非线性函数h的参数A进行计算；S7、利用计算出参数的对称迟滞模型及非线性函数h获取对径的两根压电陶瓷的长度，根据两根压电陶瓷长度的差值获取对径的两根压电陶瓷的倾斜角度。作为优选，所述对称迟滞模型为PI模型。作为优选，所述S1包括：S11、得到快速倾斜镜的非线性迟滞主环数据，包括：输入电压向量X＝[x(1),x(2),…,x(n)]T以及输出角度向量Y1＝[y1(1),y1(2),…,y1(n)]TS12、对输出角度向量Y1进行处理，得到单根压电陶瓷的长度输出向量Z＝[z(1),z(2),…,z(n)]T；S13、给PI模型分配算子阈值，若用m个算子，算子阈值分别为各算子阈值所对应的权重为ρi，则构建权重向量ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρm]T；S14、利用输入电压向量X＝[x(1),x(2),…,x(n)]T和输出向量Z＝[z(1),z(2),…,z(n)]T对单根压电陶瓷的对称迟滞模型中ρ＝[ρ1,ρ2,…,ρm]T进行辨识。作为优选，S14包括：利用输入电压向量X＝[x(1),x(2),…,x(n)]T构建矩阵PI模型中的权重向量完成对单根压电陶瓷的对称迟滞模型中参数的辨识。作为优选，所述非线性函数h和非线性函数f为多项式函数。作为优选，S3中单根压电陶瓷的非线性函数h为h(z)＝a1·z+a2·z2+a3·z3+a4·z4+a5·z5，z为输入，h(z)为输出，a1、a2、a3、a4、a5为参数，作为优选，f＝b1·zp+b2·zp2+b3·zp3+b4·zp4+b5·zp5，b1、b2、b3、b4·、b5为参数，zp为单根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出，f为输出。作为优选，S5中，利用S2中获得的对称迟滞模型的输出构建输入矩阵φ，利用S2中获得的快速倾斜镜的输出角度构建输出矩阵Y2，利用最小二乘法辨识出B＝(φT·φ)-1·φT·Y2，完成非线性函数f中参数B的辨识。作为优选，所述方法还包括S7，所述S7包括：分别对快速倾斜镜和辨识出参数的对称迟滞模型及非线性函数h输入相同的信号，观察快速倾斜镜的输出和按照S7获取的倾斜角度的差值，并利用差值得到对称迟滞模型串联非线性函数h的预测误差。本专利技术的有益效果，本专利技术从快速倾斜镜的内部结构出发，对快速倾斜镜中的单根压电陶瓷进行建模，然后再通过快速倾斜镜的内部结构推演出最终的角度输出，有效的提升了快速倾斜镜的建模精度。另外，较现有的快速倾斜镜的建模方法，该专利技术提供了一条新的建模途径，即建立快速倾斜镜结构中的单个驱动元件的迟滞特性，最后组装为整体的快速倾斜镜的输出。附图说明图1为快速倾斜镜内部结构示意图；图2为快速倾斜镜输入电压的原理示意图；图3为快速倾斜镜的输入电压，其中横坐标为采样时间t，纵坐标为输入电压；图4为快速倾斜镜的输出角度，横坐标为采样时间t，纵坐标为输出角度；图5为快速倾斜镜的输出角度和输入电压之间的关系；图6为输入复杂信号时快速倾斜镜的输出角度和输入电压之间的关系；图7为本专利技术的原理示意图；图8中实线是用本专利技术方法所建立快速倾斜镜非线性迟滞模型的预测输出，虚线是真实的快速倾斜镜的输出；图9为本专利技术建立的快速倾斜镜的非线性迟滞的模型预测误差。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1、建立快速倾斜镜的单根压电陶瓷的对称迟滞模型，该对称迟滞模型的输入为单根压电陶瓷的输入电压，输出为单根压电陶瓷的长度，利用输入输出辨识出对称迟滞模型的参数；/nS2、把随机信号输入到快速倾斜镜中，获得快速倾斜镜的输出角度，同时将所述随机信号转换成快速倾斜镜中对径的两根压电陶瓷的输入电压，并分别输入到辨识出参数的对称迟滞模型中，获得对径的两根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出；/nS3、建立单根压电陶瓷的非线性函数h，非线性函数h的输入为S2中单根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出，非线性函数h的输出为该单根压电陶瓷的长度输出，非线性函数h的参数为A；/nS4、按照S3获得两根对径的压电陶瓷的非线性函数h

【技术特征摘要】
1.一种针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、建立快速倾斜镜的单根压电陶瓷的对称迟滞模型，该对称迟滞模型的输入为单根压电陶瓷的输入电压，输出为单根压电陶瓷的长度，利用输入输出辨识出对称迟滞模型的参数；
S2、把随机信号输入到快速倾斜镜中，获得快速倾斜镜的输出角度，同时将所述随机信号转换成快速倾斜镜中对径的两根压电陶瓷的输入电压，并分别输入到辨识出参数的对称迟滞模型中，获得对径的两根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出；
S3、建立单根压电陶瓷的非线性函数h，非线性函数h的输入为S2中单根压电陶瓷的对称迟滞模型的输出，非线性函数h的输出为该单根压电陶瓷的长度输出，非线性函数h的参数为A；
S4、按照S3获得两根对径的压电陶瓷的非线性函数h1和h2，获取非线性函数f＝h1-h2的表达式，非线性函数f中的参数为B；
S5、利用S2获得的快速倾斜镜的输出角度及对称迟滞模型的输出对非线性函数f中参数B进行辨识计算；
S6、根据辨识出参数的非线性函数f，对非线性函数h的参数A进行计算；
S7、利用计算出参数的对称迟滞模型及非线性函数h获取对径的两根压电陶瓷的长度，根据两根压电陶瓷长度的差值获取对径的两根压电陶瓷的倾斜角度。


2.根据权利要求1所述的针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法，其特征在于，所述对称迟滞模型为PI模型。


3.根据权利要求2所述的针对快速倾斜镜的迟滞特性的辨识方法，其特征在于，所述S1包括：
S11、得到快速倾斜镜的非线性迟滞主环数据，包括：
输入电压向量X＝[x(1)，x(2)，…，x(n)]T以及输出角度向量Y1＝[y1(1)，y1(2)，…，y1(n)]T
S12、对输出角度向量Y1进行处理，得到单根压电陶瓷的长度输出向量Z＝[z(1)，z(2)，…，z(n)]T；
S13、给PI模型分配算子阈值，若用m个算子，算子阈值分别为i＝1，2，…，m；各算子阈值所对应的权重为ρi，则构建权重...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹开锐，郝广路，王淇，柳青峰，谭立英，马晶，
申请(专利权)人：哈工大卫星激光通信股份有限公司，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23