压电陶瓷驱动器的精密运动控制

关于压电陶瓷驱动器

压电陶瓷驱动器有着纳米级定位分辨率，阻滞力大，刚度高，响应速度快，尺寸小，重量轻等优点而被广泛的应用于各种需要超高精度运动定位的场合之中。由于单片压电陶瓷所能输出的力和位移都比较有限，实际应用中，常使用的是一种堆叠型压电陶瓷驱动器，即通过一定数量的组合将压电陶瓷材料叠加起来，从而提高了驱动器输出位移的总长度。

压电陶瓷驱动器的特点

压电陶瓷驱动器虽然具有很多优点，但是在使用过程中，也面临着迟滞、蠕变和漂移等问题，这些问题将使得压电陶瓷具有较高的非线性特征。非线性特征的误差一般以迟滞为主。迟滞效应是外加电压与输出位移之间的一种非线性关系，它可以导致严重的开环定位误差，误差范围可高达整个定位行程的10%～15%。这就造成了传统的控制方法的不可用，同时压电陶瓷执行器的精准的数学模型也很难获得，使得一些经典控制算法不能很好的对其静态和动态性能进行描述，同时也不能很好的体现其响应速度快等优点。因此，需要一定的控制技术来消除压电陶瓷非线性的影响。

PID闭环控制方式

针对压电陶瓷迟滞误差对平台的影响，三英精控主要通过PID闭环控制方式来进行补偿。以下是PID 算法及其相关优化算法的相关介绍：

1、PID闭环控制

采用PID闭环控制算法，将输出位移误差反馈到 PZT 输入端，通过不断修正输入值来最终消除误差。所谓PID闭环控制算法，是利用基础的比例、积分、微分模块组合而成，通过闭环控制对压电陶瓷驱动器起到优化动态性能的作用。

2、BP网络PID控制

网络PID控制能够通过自动调整连接权值来不断优化PID控制参数，也就是在不断修正PID的三个控制参数，直到系统的输出位移与给定输入位移之间的误差满足要求，从而实现了系统的自适应优化控制。使得系统具有更强的抗干扰能力、更高的定位精度以及更好的适应性。

3、模糊小脑神经网络PID控制

模糊小脑模型神经网络（Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller，简称 FCMAC）是将微定位平台系统的实际输出位移与给定期望输入位移之间计算得到的偏差值及其变化率输入到网络中，并按照预设的隶属函数和模糊规则进行模糊化处理，再激活相关联想单元和权值，以及进行反模糊化处理，得到网络的输出。因此，FCMAC 网络从输入到输出可以分为输入层、模糊感知层、模糊逻辑层、联想强度层和输出层。通过此控制方式可大幅度缩短系统稳定的时间。

审核编辑 黄宇