Направление исследований: Микро-нано позиционирование

Экспериментальное содержание: Пьезоэлектрический керамический привод обладает гистерезисной нелинейностью, что значительно снижает точность его перемещения. Из-за изменяющихся во времени и асимметричных характеристик его гистерезиса это увеличивает сложность моделирования и компенсации гистерезиса. В этом эксперименте используется метод адаптивного управления одним нейроном для оперативной компенсации нелинейности гистерезиса пьезоэлектрического керамического привода, тем самым улучшая характеристики отслеживания траектории пьезоэлектрического керамического привода.

Цель теста: Проверить работоспособность алгоритма компенсации гистерезиса.

Испытательное оборудование: Модуль сбора данных в реальном времени DSpace, тензометрический датчик динамического моста, высокочастотный усилитель мощности SLA-HVP-437

Экспериментальный процесс: Подключение оборудования и интерфейс запуска программного обеспечения

Испытуемым объектом является пьезоэлектрический керамический привод PZS001 производства Thorlabs. При максимальном управляющем напряжении 100 В его максимальное смещение составляет 12,925 мкм. Усилитель SLA-HVP-437 используется для преобразования управляющего пьезоэлектрического сигнала в управляющее напряжение пьезоэлектрического керамического драйвера. Пьезоэлектрический керамический привод поставляется с 4 тензорезисторами сопротивления, образующими 4-мостовой тензорезистор сопротивления. Мостовой усилитель SDY2105 производства Института практической электронной технологии Бэйдайхэ использовался для измерения деформации пьезоэлектрического керамического привода. Схема подключения аппаратного обеспечения тестовой системы выглядит следующим образом:

Тестовая программа написана в среде Matlab/Simulink и запускается через контроллер реального времени Microlabbox производства DSpace.

Процесс тестирования: Сначала в управляющей программе генерируется синусоидальный сигнал напряжением 0-10 В. После усиления с помощью усилителя пьезоэлектрическая керамика приводится в движение вперед и назад. Microlabbox используется для завершения измерения управляющего сигнала и сигнала перемещения в режиме реального времени. Основываясь на характеристиках пьезоэлектрической керамики, напишите алгоритм адаптивной компенсации с одним нейроном и используйте оборудование для завершения тестирования производительности алгоритма.

Код Simulink тестовой программы показан ниже:

Результаты теста:
Были протестированы эффекты алгоритма управления при отслеживании синусоидальных траекторий и треугольных траекторий соответственно. Для синусоидальных траекторий алгоритм адаптивной компенсации с одним нейроном может эффективно устранить влияние нелинейности гистерезиса. По сравнению с традиционным ПИД-регулятором алгоритм адаптивной компенсации с одним нейроном обладает более высокой адаптивностью и надежностью и может полностью устранить нелинейность гистерезиса для синусоидальных траекторий в пределах 50 Гц. Для треугольных траекторий алгоритм адаптивной компенсации с одним нейроном также может достигать аналогичных результатов. Результаты эксперимента показаны на рисунке ниже:

Производительность усилителя в этом эксперименте:
Управляющим сигналом является слабый ток с диапазоном напряжений 0-10 В, которого недостаточно для приведения в действие пьезоэлектрического керамического привода. Усилитель используется для усиления управляющего сигнала для генерации управляющего напряжения для приведения в действие пьезоэлектрической керамики.