3RRR压电微动平台高精度实时控制研究

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3RRR微动平台通过压电陶瓷驱动3RRR柔顺机构,实现定位和跟踪控制等应用。但在微动平台实时控制中,亟需解决两个问题:一是压电陶瓷的迟滞非线性及多轴驱动系统之间的协调性,二是终端平台容易受到惯性力影响,需要利用轨迹规划方法减少惯性力,这两个问题严重影响3RRR压电微动平台的实时控制精度。因此本课题针对这两个问题开展3RRR压电微动平台实时控制方法理论研究,主要目的是提高终端平台实时控制精度。  本文主要研究内容分为:首先,研究3RRR微动平台的压电驱动支链建模问题,分析压电陶瓷迟滞对其位移输出的影响,基于Bouc-Wen模型建立压电驱动支链迟滞动力学模型以保证压电陶瓷的实时位移输出精度;然后,考虑惯性力对3RRR微动平台的影响,利用机构的冗余特点提出主从轨迹规划方法,优化压电陶瓷运动轨迹以减小惯性力对终端平台实时控制精度的影响;最后,将改善多轴压电驱动系统的协调性,引入主从控制概念,结合Bouc-Wen模型提出基于主从的前馈补偿和PI反馈结合的复合控制方法,并通过MATLAB/Simulink仿真控制验证所提出方法的有效性和正确性。  本文仿真结果表明:(1)Bouc-Wen数学模型能够有效描述压电陶瓷迟滞现象,基于该模型的前馈补偿控制可以有效减少或者补偿压电陶瓷迟滞非线性,在前馈补偿开展基础上加入PI反馈控制环节有助于提高保证压电陶瓷的实时控制精度;(2)与传统Jacobian矩阵求解相比,压电陶瓷运动轨迹采用本文提出基于主从的轨迹规划方法,能够减小惯性力对微动平台的影响,可以提高3RRR压电微动平台的实时控制精度;(3)与传统控制方法相比,本文提出基于主从的复合控制方法能够避免主动轴压电陶瓷跟踪误差,从而提高3RRR压电微动平台的实时控制精度,但该方法在高频跟踪情况下控制性能有待深入研究。
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