压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿与最优控制

摘要：

为提高空间望远镜精密稳像系统中压电驱动快摆镜(FSM)的摆动精度,对压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿和控制技术进行研究.针对压电迟滞的非对称性以及Duhem模型求逆过程复杂的问题,对Duhem模型中的微分方程进行变换,直接建立Duhem非对称逆迟滞模型作为迟滞前馈补偿器,并利用免疫差分进化算法辨识模型参数.在Duhem逆模型补偿压电静态迟滞非线性的基础上,引人基于优化参考跟踪的线性二次型高斯(LQG-ORT)控制方法进一步提高压电执行器的动态定位精度,采用动态迟滞率相关自回归各态历经模型(ARX)建立状态空间方程,用于卡尔曼滤波器预测状态变量和控制器计算状态变量的最优控制系数矩阵.实验结果表明:直接建立的Duhem非对称逆迟滞模型能有效描述压电执行器非对称逆迟滞曲线,拟合均方根误差为0.635 9 V(0.5 Hz),相对误差为0.79％(0.5 Hz);实时跟踪幅值为24 μm,频率范围1～80 Hz的目标位移信号,LQG-ORT算法的跟踪误差为0.065 5 μm,相对误差为0.27％.

关键词：迟滞非线性、率相关性、Duhem模型、免疫差分进化算法、最优控制

所属期刊栏目：43

分类号：TP273+.1;TN384;TH751(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金12103075

在线出版日期：2023-01-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：163-172