收藏本站
《武汉理工大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于压电执行器的驱动控制系统设计

彭思伟  
【摘要】:压电执行器具有体积小、力矩大、噪声小、位移的分辨率高、对外界的电磁环境要求低等优点,在精密定位中有着广泛的应用。但是,压电执行器自身的迟滞、蠕动等非线性特性和驱动要求,严重影响着其广泛应用。压电执行器的迟滞非线性使压电执行器在电压驱动的条件下,存在15%-20%的误差,同时其蠕变特性也增加其误差范围。故需要为本文所使用的压电执行器设计更加精确的驱动控制系统。本文首先对压电执行器的非线性进行了分析,在压电执行器的常用驱动方式中选用PWM开关式驱动方式来驱动压电执行器;并对压电执行器的迟滞非线性的常用模型进行了讨论,选用Bouc-Wen迟滞模型来对压电执行器建模,对压电执行器的控制方案论证,确定本文设计控制系统的方案是结合逆Bouc-Wen模型前馈控制和PI反馈控制的混合控制方案。本文为压电执行器设计的驱动电源是由ECU模块、直流电源模块、充放电模块和采样反馈模块几个模块组成的。实现了120V的直流高压稳压源,输出电流最大可达1A,且其静态纹波在0.05V左右。充放电模块采用能量守恒式充放电方式实现了0-100V的电压输出,实现了在120ms内完成压电执行器0到100V的升压。对驱动电源的线性度、阶跃响应、频响特性等性能进行实验,驱动电源实现了0-100V可调电源,精度约为0.2%,且具有良好的动态特性,非线性误差小,约为0.25%,输出电流最大可达1A。针对本文使用的压电执行器的迟滞特性使用Bouc-Wen模型建模并完成其参数辨识,通过其逆模型完成基于Bouc-wen模型的前馈控制。本文设计了PI反馈控制,设计了将前馈控制结合PI反馈控制的混合控制方法,通过时域测定法得到压电执行器的传递函数,并通过传递函数采用Matlab试凑法仿真得到了相应的控制参数。本文最后对整个控制系统进行实验测试。由测试得到,驱动控制系统静态输出时,压电执行器的位移输出误差在0.3%以下;动态输出时,在期望输出为1Hz的正弦信号时,误差在3%左右;对比在幅值相同,偏置相同,但频率分别为5Hz、10Hz和20Hz时的位移输出得到如下结论:压电执行器的输出误差随着频率增大而增大。最后,分析了压电执行器误差产生的原因,并针对驱动电源、模型建立、PI参数选择和环境因素等几个方面提出了改进方案。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN384;TP273

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐宏波;朱玉川;;超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数辨识[J];压电与声光;2015年05期
2 唐强;吉方;陈东生;刘广民;张连新;;压电陶瓷执行器的动态迟滞建模与零相差前馈补偿控制[J];组合机床与自动化加工技术;2015年09期
3 张承进;赵学良;刘红波;;堆叠型压电执行器的动态蠕变补偿[J];光学精密工程;2015年08期
4 孙涛;李国平;姚秋水;;基于双压电执行器的高频响伺服刀架实现研究[J];压电与声光;2015年04期
5 王代华;严松林;朱炜;;基于Bouc-Wen模型的压电执行器的前馈线性化控制器[J];仪器仪表学报;2015年07期
6 袁刚;张小波;王代华;陈敏;;压电式快速控制反射镜的迟滞特性及线性化[J];光学精密工程;2015年06期
7 王渊;浮洁;李沛东;邢志伟;余淼;;面向精密平台的压电堆执行器动态特性研究[J];压电与声光;2015年02期
8 朱炜;芮筱亭;;压电执行器的Bouc-Wen模型在线参数辨识[J];光学精密工程;2015年01期
9 杨腾飞;周文华;张岳;;直接驱动式共轨系统可控针阀升程的驱动电路研究[J];机电工程;2015年01期
10 李珉;柏逢明;;双晶片压电材料微型驱动系统研究[J];压电与声光;2014年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李志鹏;李晓英;邵宪友;;基于COMSOL声表面波扭矩传感器的有限元分析[J];重庆理工大学学报(自然科学);2015年11期
2 李慧;陈前荣;朱震;甘霖;;仿真转台伺服系统动态模型辨识与计算[J];中国惯性技术学报;2015年03期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 房建成;陈萌;李海涛;;磁悬浮控制力矩陀螺框架系统谐波减速器的迟滞建模[J];光学精密工程;2014年11期
2 赵学良;张承进;顾建军;刘红波;李康;;离散化正弦电压作用下的压电驱动器蠕变特性[J];光学精密工程;2014年04期
3 王钰锋;郭咏新;毛剑琴;;压电作动器的率相关迟滞建模与跟踪控制[J];光学精密工程;2014年03期
4 周沫;左雷;王春雨;金丹;王悦;冯超;;基于遗传/模拟退火算法的蒸发波导反演研究[J];电波科学学报;2014年01期
5 李朋志;闫丰;葛川;李佩玥;隋永新;杨怀江;;压电驱动器的开闭环迭代学习控制[J];光学精密工程;2014年02期
6 方凡;崔玉国;梁冬泰;李勇;;压电微动平台的改进PI迟滞模型研究[J];压电与声光;2014年01期
7 李雨时;周军;钟鸣;陈照波;焦映厚;;基于压电堆与橡胶的主被动一体化隔振器研究[J];振动.测试与诊断;2013年04期
8 亓波;陈洪斌;任戈;黄永梅;丁科;马佳光;;100km量子纠缠分发实验捕获跟踪技术[J];光学精密工程;2013年06期
9 刘泊;郭建英;孙永全;;压电陶瓷微位移驱动器建模与控制[J];光学精密工程;2013年06期
10 陈远晟;裘进浩;季宏丽;RonanLe Breton;;基于双曲函数的Preisach类迟滞非线性建模与逆控制[J];光学精密工程;2013年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;自动驾驶来了[J];大众科学;2017年01期
2 于恺;;车位引导灯[J];少年电脑世界;2017年09期
3 刘新华;李方敏;旷海兰;方艺霖;马小林;;一种基于执行器控制域的分布式数据收集协议[J];小型微型计算机系统;2013年05期
4 黎仁刚;黄庆安;李伟华;;平面内运动热执行器的节点模型[J];传感技术学报;2006年05期
5 ;海拉的执行器[J];汽车与配件;2005年01期
6 王静,顾大强,邬义杰;超磁致伸缩材料与自传感执行器[J];农业机械学报;2005年02期
7 黎万富;对IQ执行器性能的认识[J];炼油与化工;2005年01期
8 黄庆安,章彬,匡一宁,秦明;多晶硅热执行器阵列的宏模型[J];半导体学报;2000年09期
9 蔡立虹,陶煜,庞彦斌;符合现场总线的智能执行器[J];工业仪表与自动化装置;2000年03期
10 刘云龙;;D/A与执行器的联接[J];现代机械;1987年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张兵;吴宏鑫;;单向执行器系统配置的完整性[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年
2 张立影;;300MW机组风机执行器改造分析[A];全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集[C];2010年
3 荀尚伟;李星亮;徐昌语;郭蒙;;基于容栅的自传感航空位移执行器的研究[A];第八届中国航空学会青年科技论坛论文集[C];2018年
4 宦荣华;朱位秋;;计及执行器饱和的滞迟系统的非线性随机最优控制[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
5 岑朝辉;魏蛟龙;蒋睿;刘熊;;带有非线性执行器控制系统的非完全失效故障诊断研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 付玉林;陈远玲;;两种柴油机电液执行器的比较研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
7 王丹;牛小兵;吴志良;姚玉斌;;飞行控制系统执行器卡死故障的诊断[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
8 马力;;遥控触摸屏数字显示执行器在纺织空调系统中的应用[A];2015全国纺织行业节能减排解决方案讨论会论文集[C];2015年
9 程一;朱宗林;高金陵;;使闭环系统对执行器失效有完整性的动态补偿器设计[A];1988年控制理论及其应用年会论文集(上)[C];1988年
10 陈娇蓉;蔡胤;刘飞;;具有饱和执行器的Markov跳变系统H∞控制[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 曾立 实习生 左秀;“川仪造”执行器打破国外企业垄断[N];重庆日报;2012年
2 通讯员 马国荣;智能灌溉执行器生产项目落户五台工业园区[N];博尔塔拉报(汉);2018年
3 蔡绮芝 DigiTimes;传感器、执行器市场年增长19%[N];电子资讯时报;2007年
4 周嘉铨;发展执行器应走电度表之路[N];中国工业报;2003年
5 王雅丽编译;细微之处见创新[N];中国计算机报;2007年
6 本报记者 唐学良;沈阳机床多功能制孔执行器通过验收[N];上海证券报;2009年
7 沛沛、肖湘江;机器小海豹 为你消愁[N];北京科技报;2004年
8 李文;提升运行效率 降低运营成本[N];中国煤炭报;2008年
9 傅世枢;减少行人伤害 欧日汽车业已行动起来[N];中国汽车报;2005年
10 拓如印;万基控股:备件国产化为降低生产成本做足功课[N];中国有色金属报;2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐逢秋;基于洛伦茨执行器的多轴磁悬浮定位系统设计与研究[D];武汉大学;2016年
2 孟育博;压电喷油器压电执行器特性分析与优化设计研究[D];山东大学;2018年
3 闫敬;无线传感器/执行器网络中目标捕获的控制策略研究[D];燕山大学;2013年
4 崔玉国;压电陶瓷自感知执行器及其驱动微动工作台控制方法的研究[D];大连理工大学;2003年
5 董维杰;压电自感知执行器理论与应用研究[D];大连理工大学;2003年
6 杨志欣;微小管道机器人用惯性式压电执行器的研究[D];大连理工大学;2008年
7 徐哲壮;面向突发事件的无线传感器/执行器网络传输机制研究[D];上海交通大学;2012年
8 易军;无线传感器/执行器网络协作算法研究[D];重庆大学;2010年
9 赵学良;低速大范围下压电执行器动态蠕变特性分析与控制方法研究[D];山东大学;2016年
10 徐飞;循轨摩擦振动执行器的机理与运行特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘德春;压电式触觉反馈执行器的结构设计与动力学分析[D];燕山大学;2018年
2 彭思伟;基于压电执行器的驱动控制系统设计[D];武汉理工大学;2016年
3 王伟;超疏水光热执行器的激光加工与马拉高尼效应驱动研究[D];吉林大学;2018年
4 贾明菲;汽车线控制动执行器控制策略研究[D];湖南大学;2018年
5 杨冯;基于传感器/执行器网络的室内服务机器人定位技术研究[D];东北大学;2015年
6 殷佳佳;无线传感器—执行器网络中的实时路由协议研究[D];北京交通大学;2018年
7 潘琛;WSANs分布式智能协同算法研究[D];江南大学;2018年
8 李岳响;执行器饱和与转移概率部分未知的随机Markov跳变系统控制[D];东北大学;2015年
9 项竹琴;双级执行器系统协调控制研究[D];浙江理工大学;2018年
10 董欣;极化式压电传感执行器系统研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026