压电执行器动态迟滞建模与LQG最优控制器设计

• 作者: 尹达一 张泉 张茜丹
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 工学
• 关键词: 压电执行器 动态迟滞特性 Hammerstein模型 广义Stop算子 LQG最优控制
• 年，卷（期）: 2018,（11）
• 所属期刊栏目: 微纳技术与精密机械
• 页码范围: 2744-2753
• 页数: 10页
• 分类号: TL361
• 字数: 4719字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/OPE.20182611.2744

摘要

为提高空间天文望远镜稳像系统中压电快摆镜(Fast Steering Mirror,FSM)的动态性能,对压电执行器(Piezoelectric Actuator,PZT)动态迟滞补偿和控制进行研究.鉴于基于广义Play算子Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的求逆复杂性和迟滞曲线的非对称性,构造一种基于广义Stop算子PI逆模型来补偿压电执行器迟滞非线性.采用Hammerstein模型对压电执行器动态迟滞特性进行建模,以广义PI模型和自回归遍历模型(Auto-regressive Exogenous Model,ARX)分别表征Hammerstein迟滞模型中的静态非线性和率相关性,并针对迟滞率相关模型不确定性问题,提出一种前馈补偿和线性二次型Gauss最优控制算法(Linear Quadratic Gaussian,LQG)相结合的复合控制策略.利用自适应差分进化算法(Adaptive Differential Evolution algorithm,ADE)辨识和整定模型及控制器参数.实验结果表明:该动态迟滞模型能够有效描述1～100 Hz频率范围内压电执行器迟滞曲线,拟合均方根误差为0.077 1μm(@1 Hz)～0.512 3 μm(@100 Hz),相对误差为0.31％(@1 Hz)～2.09％(@100 Hz);实时跟踪幅值为24.5 μm的变频目标位移,LQG控制算法的跟踪精度相比于直接前馈控制和PID控制分别提高48.6％和27.02％.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	张泉	中国科学院红外探测与成像技术重点实验室	20	135	7.0	11.0
10	尹达一	中国科学院红外探测与成像技术重点实验室	50	240	9.0	13.0
19	张茜丹	中国科学院红外探测与成像技术重点实验室	2	5	1.0	2.0