低频大位移多工作模式压电直线驱动器非线性迟滞控制及实验研究

摘要

提出具有低频、大位移和高负载特性的压电直线驱动器，实现三种行程工作模式，能够满足不同工况的需要。分析了压电驱动器的工作原理和不同负载下的位移放大倍数。针对压电驱动器存在的迟滞非线性现象，建立了一种改进的迟滞非线性模型，该模型以PI为基础，通过遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BP)进行改进。建立了GA-BP前馈模糊自整定PID复合控制系统，开展了压电直线驱动器的迟滞非线性补偿实验。结果表明：两压电叠堆同时工作时压电驱动器的最大输出位移为558.3μm,正弦信号下轨迹跟踪的最大相对误差为0.0573μm。实施改进的控制策略有效提高了系统的性能，使得轨迹跟踪控制精度可达97%,延迟时间缩短至2 ms以内，并能在60 ms内实现控制反应。该策略不仅提高了系统响应的速度，还将稳态误差减小到0.09%以下，验证了压电驱动器的快速响应与低稳态误差的性能。

关键词

压电驱动器 / 大位移 / 迟滞 / 非线性模型 / 控制系统

基金资助

国家自然科学基金(51905228); 江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师资助项目(苏教师函[2022]29号); 江苏省重点研发计划(BE2022062-3)