應(yīng)用案例

　　實(shí)驗(yàn)名稱：基于EMD綜合模型的壓電MFC執(zhí)行器致動(dòng)的柔性懸臂梁寬頻帶線性化控制

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>驗(yàn)證基于MPI模型的前饋和復(fù)合線性化控制方法能否有效降低壓電MFC執(zhí)行器低頻遲滯特性對(duì)柔性懸臂梁輸出位移精度的影響，同時(shí)驗(yàn)證基于EMD綜合模型的前饋和復(fù)合線性化控制方法能否補(bǔ)償寬頻帶內(nèi)遲滯、蠕變及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的綜合影響，通過對(duì)比兩種控制方法中前饋與復(fù)合控制的效果，實(shí)現(xiàn)柔性懸臂梁寬頻帶輸入-輸出關(guān)系的線性化，提升其輸出位移精度，為壓電MFC執(zhí)行器致動(dòng)系統(tǒng)的寬頻帶高精度非線性控制提供實(shí)驗(yàn)支撐。

　　測試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、壓電MFC執(zhí)行器致動(dòng)的柔性懸臂梁、計(jì)算機(jī)、測振儀控制器、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)、測振儀光學(xué)頭。

　　實(shí)驗(yàn)過程：搭建了壓電MFC執(zhí)行器致動(dòng)的柔性懸臂梁主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置，先通過MPSO算法確定基于MPI模型的前饋和復(fù)合線性化控制器，在低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)下測試并驗(yàn)證其對(duì)遲滯特性的補(bǔ)償效果；再建立基于EMD綜合模型的控制方法，將動(dòng)態(tài)力學(xué)模型簡化為四階模型并構(gòu)建偽逆模型，整定PI反饋參數(shù)，在5-30Hz寬頻帶諧波信號(hào)下測試，對(duì)比未控制、前饋及復(fù)合控制的滯回曲線與線性化誤差，驗(yàn)證兩種控制方法在低頻和寬頻帶場景下的有效性。

圖1：系統(tǒng)控制框圖

圖2：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　1、基于MPI模型的前饋和復(fù)合線性化控制均能有效降低壓電MFC執(zhí)行器低頻遲滯特性對(duì)柔性懸臂梁輸出位移精度的影響，且復(fù)合控制的非線性度降低效果更優(yōu)。

　　2、基于EMD綜合模型的前饋和復(fù)合線性化控制可有效補(bǔ)償寬頻帶內(nèi)遲滯、蠕變及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的綜合影響，實(shí)現(xiàn)柔性懸臂梁寬頻帶輸入-輸出關(guān)系的線性化。

　　3、基于EMD綜合模型的復(fù)合控制相較于前饋控制，在不同驅(qū)動(dòng)電壓頻率下非線性度最大降低50.69%、最小降低22.19%，寬頻帶線性化控制精度更優(yōu)。

　　4、柔性懸臂梁動(dòng)態(tài)力學(xué)模型由七階簡化為四階后，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在幅頻和相頻響應(yīng)上仍保持較高吻合度，可穩(wěn)定用于寬頻帶線性化控制。

　　5、反饋回路的引入能有效消除前饋控制中因模型誤差和外界干擾產(chǎn)生的偏置誤差，但在驅(qū)動(dòng)電壓頻率較高時(shí)，反饋控制的實(shí)時(shí)性會(huì)對(duì)控制精度產(chǎn)生一定影響

圖3：七階系統(tǒng)、四階系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的頻率響應(yīng)對(duì)比曲線

　　圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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