压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法技术

压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法,解决了如何避免逆模型推导及参数辨识所引起的误差或者不稳定的问题，属于压电智能材料迟滞非线性建模和补偿领域。本发明专利技术包括：S1、基于信号延迟响应特性，建立压电陶瓷作动器动态迟滞逆模型：y

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法


[0001]本专利技术涉及一种压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，属于压电智能材料迟滞非线性建模和补偿领域。

技术介绍

[0002]压电陶瓷作动器因具有高定位精度、高响应速度、高可靠性、低能耗、无电磁干扰等优点，已经被广泛应用到众多高端学科领域中，加快了新技术、新材料、新工艺的不断发展，具有广阔的前景。作为影响压电陶瓷作动器定位精度的重要因素，动态特性的存在使得迟滞非线性变得更为复杂。动态迟滞特性是当压电陶瓷作动器输入电压频率逐渐增加时，期望位移与实际输出位移构成的迟滞环宽度增加且迟滞输出最大位移减小的现象。如图1所示，随着频率的增加，动态迟滞的输出极大值逐步变小且极小值随之变大。将5Hz、10Hz、100Hz输入输出数据的迟滞图的极大值及极小值归一化呈现在图2中，当输入信号频率增加时出现迟滞环宽度随之增宽的现象，此时迟滞非线性度随之增加，复杂的动态特性极大加剧压电陶瓷作动器的迟滞非线性。为了实现线性化压电陶瓷作动器动态迟滞特性的目标，建立减小甚至消除动态迟滞非线性的动态迟滞逆模型是一项极具意义的课题。

技术实现思路

[0003]针对如何避免逆模型推导及参数辨识所引起的误差或者不稳定的问题，本专利技术提供一种压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法。
[0004]本专利技术的一种压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，包括：
[0005]S1、基于信号延迟响应特性，建立压电陶瓷作动器动态迟滞逆模型：
[0006][0007]其中,y
i
为当前i时刻的期望位移输出，为当前时刻动态迟滞逆模型补偿电压的输出，为当前i时刻静态迟滞逆模型的输出，k
D1
表示斜率，b1表示截距；
[0008]S2、对压电陶瓷作动器动态迟滞逆模型进行参数辨识。
[0009]作为优选，S2中，先辨识静态迟滞逆模型的参数，再采用增量方式对k
D1
及b1进行辨识。
[0010]作为优选，静态迟滞逆模型为Madelung模型。
[0011]作为优选，静态迟滞逆模型的输出为：
[0012][0013]其中，
[0014][0015]s＝x
k
‑1‑
x
k
,S＝x
k
‑1，h＝y
k
‑1‑
y
k
，H＝f0(x
k
‑1)，s1＝x
k
‑
x
k
‑1，S1＝x
′0‑
x
k
‑1，h1＝y
k
‑
y
k
‑1，H1＝y'0‑
g0(x
k
‑1)，q＝y
k
‑1‑
y
k
，Q＝f0(x
k
‑1)
‑
f0(x
k
)，q1＝y
k
‑
y
k
‑1，Q1＝g0(x
k
)
‑
g0(x
k
‑1)，x
k
、y
k
分别表示迟滞轨迹上x
i
的前一个拐点A
k
对应的输入电压和输出位移，x
k
‑1、y
k
‑1分别表示x
k
的前一个拐点对应的输入电压和输出位移；f0(x
i
)为迟滞主上升曲线函数，g0(x
i
)为迟滞主下降曲线函数，f0′
(y
i
)为逆迟滞主上升曲线函数，f0′
(y
i
)与f0(x
i
)关于直线y＝x对称，g0′
(y
i
)为逆迟滞主下降曲线函数，g0′
(y
i
)与g0(x
i
)关于直线y＝x对称，x0′
、y
′0分别表示迟滞主上升曲线和迟滞主下降曲线所构成的主迟滞环右拐点的横坐标与纵坐标，x
i
表示迟滞轨迹上期望输出位移y
i
对应的输入电压。
[0016]作为优选，采集并储存迟滞主上升曲线以及迟滞主下降曲线的输入电压和输出位移；将获得的输入电压和输出位移横坐标与纵坐标交换，获得输出位移
‑
输入电压的坐标，此时分别获得了逆迟滞主上升曲线与逆迟滞主下降曲线的坐标值，进而得到了f0′
(x
i
)和g0′
(x
i
)。
[0017]作为优选，判断当前i时刻的期望位移输出y
i
的位置，确定其静态迟滞逆模型输出的方法包括：
[0018]S11、将堆栈X
L
、X
R
、Y
L
和Y
R
初始化，堆栈X
L
、Y
L
分别存储左拐点的横纵坐标，X
R
和Y
R
中分别存储右拐点的横纵坐标；
[0019]S12、当(y
i
‑
y
pre1
)(y
pre1
‑
y
pre2
)＜0及(y
i
‑
y
pre1
)＞0时，将x
pre1
,y
pre1
分别存入堆栈X
L
、Y
L
，并设置TP_flag＝0；
[0020]当(y
i
‑
y
pre1
)(y
pre1
‑
y
pre2
)＜0及(y
i
‑
y
pre1
)≤0时，将x
pre1
,y
pre1
分别存入堆栈X
R
、Y
R
，并设置TP_flag＝1；
[0021](y
i
‑
y
pre1
)(y
pre1
‑
y
pre2
)≥0时，判断当前TP_flag是否等于0，若是，在堆栈Y
R
中定位y
i
的位置，若否，在堆栈Y
L
中定位y
i
的位置；
[0022]y
pre1
表示y
i
的前一时刻输入电压，y
pre2
表示y
pre1
的前一时刻输入电压，x
pre1
为y
pre1
对应的输入电压；
[0023]S13、根据y
i
的位置选择相应的逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，其特征在于，所述方法包括：S1、基于信号延迟响应特性，建立压电陶瓷作动器动态迟滞逆模型：其中,y
i
为当前i时刻的期望位移输出，为当前时刻动态迟滞逆模型补偿电压的输出，为当前i时刻静态迟滞逆模型的输出，k
D1
表示斜率，b1表示截距；S2、对压电陶瓷作动器动态迟滞逆模型进行参数辨识。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，其特征在于，S2中，先辨识静态迟滞逆模型的参数，再采用增量方式对k
D1
及b1进行辨识。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，其特征在于，静态迟滞逆模型为Madelung模型。4.根据权利要求3所述的压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，其特征在于，静态迟滞逆模型的输出为：其中，其中，s＝x
k
‑1‑
x
k
,S＝x
k
‑1，h＝y
k
‑1‑
y
k
，H＝f0(x
k
‑1)，s1＝x
k
‑
x
k
‑1，S1＝x
′0‑
x
k
‑1，h1＝y
k
‑
y
k
‑1，H1＝y'0‑
g0(x
k
‑1)，q＝y
k
‑1‑
y
k
，Q＝f0(x
k
‑1)
‑
f0(x
k
)，q1＝y
k
‑
y
k
‑1，Q1＝g0(x
k
)
‑
g0(x
k
‑1)，x
k
、y
k
分别表示迟滞轨迹上x
i
的前一个拐点A
k
对应的输入电压和输出位移，x
k
‑1、y
k
‑1分别表示x
k
的前一个拐点对应的输入电压和输出位移；f0(x
i
)为迟滞主上升曲线函数，g0(x
i
)为迟滞主下降曲线函数，f0′
(y
i
)为逆迟滞主上升曲线函数，f0′
(y
i
)与f0(x
i
)关于直线y＝x对称，g0′
(y
i
)为逆迟滞主下降曲线函数，g0′
(y
i
)与g0(x
i
)关于直线y＝x对称，x0′
、y
′0分别表示迟滞主上升曲线和迟滞主下降曲线所构成的主迟滞环右拐点的横坐标与纵坐标，x
i
表示迟滞轨迹上期望输出位移y
i
对应的输入电压。5.根据权利要求4所述的压电陶瓷的动态迟滞特性的通用逆模型建模方法，其特征在于，采集并储存迟滞主上升曲线以及迟滞主下降曲线的输入电压和输出位移；将获得的输入电压和输出位移横坐标与纵坐标交换，获得输出位移
‑
输入电压的坐标，此时分别获得了逆迟滞主上升曲线与逆迟滞主下降曲线的坐标值，进而得到了f0′
(x
i
)和g0′
(x
i
)。
6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹开锐，李锐，杜海瑞，柳青峰，马晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：