压电执行器动态迟滞建模与LQG最优控制器设计

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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％.

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来源
《光学精密工程》 |2018年第11期|2744-2753|共10页
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正文语种 chi
中图分类控制理论与方法;
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;

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