基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制-仪器仪表学报.PDF

第３８卷　第１期 仪 器 仪 表 学 报 Ｖｏｌ３８Ｎｏ１ ２０１７年１月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｊａｎ．２０１７ 基于改进ＰＩ模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制 １ １，２ １ １ ２ 于志亮 ，刘　杨 ，王　岩 ，李　松 ，谭久彬 （１．哈尔滨工业大学控制科学与工程系　黑龙江　１５０００１；２．哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所　黑龙江　１５０００１） 摘　要：压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度，对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。 针对这一问题，通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理，提出一种基于ＰＬＡＹ迟滞算子的改进（ＰｒａｎｄｔｌＩｓｈｌｉｎｓｋｉｉ，ＰＩ）数学 模型及其辨识方法，并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化 的有效性，实验结果表明，通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时，改进的模型最大拟 合误差均在１％之内，通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由５％减小到１％以内，并且改进ＰＩ模 型在计算复杂度上由Ｏ（ｎ）简化为Ｏ（１）。 关键词：快速倾斜镜；压电陶瓷执行器；迟滞特性；改进ＰＩ模型 中图分类号：ＴＬ２１１．４　ＴＨ７０１　　　　文献标识码：Ａ　　国家标准学科分类代码：５１０．８０１０ Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｔｕａｔｏｒ ｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄＰＩｍｏｄｅｌ １ １，２ １ １ ２ ＹｕＺｈｉｌｉａｎｇ，ＬｉｕＹａｎｇ ，ＷａｎｇＹａｎ，ＬｉＳｏｎｇ，ＴａｎＪｉｕｂｉｎ （１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｅｎｔｅｒｏｆＵｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｃｔｕａｔｏｒ（ＰＥＡ）ｗｉｌｌｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｏｉｎｔｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｉｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｔｅｒｓａｔｅｌｌｉｔｅｌａｓｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄａｆｆｅｃｔｔｈｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆｂｅａｃｏｎａｎｄｌｉｎｋｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｏａｄｄｒｅｓｓｔｈｉｓｉｓｓｕｅ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄ ＰｒａｎｄｔｌＩｓｈｌｉｎｓｋｉｉ（ＰＩ）ｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰＬＡＹｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｏｐｅｒａｔｏｒａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｏｆｔｈｅＰＥＡ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ａｆｅｅｄｂａｃｋｆｏｒｗａｒｄｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｗｉｔｈｍａｘｉｍｕｍｅｒｒｏｒｌｅｓｓ ｔｈａｎ１％ ｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｆｏｒｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰＥＡｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｔｏｏｂｔａｉｎａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔ