动态非线性压电驱动机电耦合动力学系统建模及其宽带高精度位移控制系统

摘要

研究了压电陶瓷驱动器的复杂非线性滞回动力学系统建模及其位移跟踪控制问题.采用状态空间方程,建立了一种新型压电驱动机电耦合动力学系统集总参数模型.该模型首次将动态本征非线性集成到压电叠堆的滞回特性中,并考虑了驱动器中弹性和运动部件的动力学特性.在此基础上,利用微分几何的输入输出线性化方法,导出了一个简化的线性规范型子系统.根据该子系统设计了一种基于LQ方法的非线性位移跟踪控制系统.与现有控制系统的对比仿真表明,本文提出的控制系统不仅消除了驱动器的稳态定位误差,有效地实现了整体动态性能的最优化,而且将其在-3 dB的截止频率从638 Hz扩展到5 217 Hz,频带宽度提高了将近一个数量级,较好地改善了驱动器的高速频响特性.