應(yīng)用案例

【概述】

本研究中使用Aigtek安泰ATA-2041高壓放大器，搭建壓電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，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。

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?/span>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(guò)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(cè)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(cè)振儀控制器、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)、測(cè)振儀光學(xué)頭。

實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)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(cè)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(jiǎn)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(cè)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(chǎng)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(jiǎn)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

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

1.高電壓輸出能力——提供MFC執(zhí)行器致動(dòng)所需的高強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)

2.寬頻帶與高壓擺率——精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)寬頻帶諧波信號(hào)，保障動(dòng)態(tài)力學(xué)模型驗(yàn)證準(zhǔn)確性

3.低失真與高輸出穩(wěn)定性——保障前饋與復(fù)合控制對(duì)比實(shí)驗(yàn)中激勵(lì)條件的純凈性與可重復(fù)性

【推薦產(chǎn)品】：ATA-2041高壓放大器

圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。

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