压电陶瓷驱动器迟滞非线性误差的建模与分析

作者：王义冬; 李庆春; 赵慧

来源：计算机测量与控制, 2023, 31(02): 196-203.

DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2023.02.031

• 压电陶瓷
• 迟滞非线性
• Bouc-Wen模型
• Prandtl-Ishlinskii模型
• Hammerstein模型

压电陶瓷驱动器的最大迟滞非线性误差可以超过输出行程的15%,而快刀伺服系统(FTS)要求重复定位精度优于10 nm,相对线性度误差优于0.5%,压电陶瓷驱动器的误差无法满足该精度要求；首先对压电陶瓷迟滞非线性误差进行实验分析，将迟滞非线性误差分为频率无关迟滞现象和频率相关迟滞现象；接着对Bouc-Wen(BW)和Prandtl-Ishlinskii(PI)的频率无关迟滞模型进行修正和对比，确定了采用PI模型描述本文的频率无关迟滞现象，PI模型对频率无关迟滞曲线的辨识精度为0.392%;然后设计基于Hammerstein模型的频率相关迟滞模型，Hammerstein模型对频率相关迟滞曲线的辨识误差相比PI模型时，其均方根值降低了88.068%;提出了压电陶瓷驱动器迟滞非线性误差的建模方法，并分析了其有效性和准确性，给FTS伺服控制提供了一种实用的前馈控制器。