​ 基于Hebb学习规则的压电陶瓷驱动器单神经元自适应磁滞补偿

会员1212277

实验名称：基于Hebb学习规则的压电陶瓷驱动器单神经元自适应磁滞补偿

研究方向：微纳定位

实验内容:压电陶瓷驱动器存在迟滞非线性，极大降低了其运动精度，由于其迟滞存在时变与非对称特征，增大了迟滞建模与补偿的难度。本实验使用单神经元自适应控制方法，对压电陶瓷驱动器的迟滞非线性进行在线补偿，从而提高压电陶瓷驱动器的轨迹跟踪性能。

测试目的：验证迟滞补偿算法的性能。

测试设备:dSPACE实时采集模块，动态桥式应变仪、高频功率放大器ATA-4052

实验过程:硬件连接与软件运行界面

被测对象为Thorlabs公司生产的PZS001型压电陶瓷驱动器，在最大100V的驱动电压下，其最大位移为12.925μm。使用ATA-4052形放大器将控制压电放大为压电陶瓷驱动器的驱动电压。压电陶瓷驱动器上自带4个电阻应变片，组成一个4桥的电阻应变片。使用北戴河实用电子技术研究所生产的SDY2105型电桥放大器测量压电陶瓷驱动器的变形量。测试系统的硬件连接图如下所示：

登录/注册后看高清大图

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml15476\wps40.jpg

测试程序在Matlab/Simulink下编写，通过dSPACE公司生产的Microlabbox型实时控制器运行测试程序。测试流程如下：首先在控制程序中生成0-10V的正弦信号，经过放大器放大之后驱动压电陶瓷驱动前前后运动，利用Microlabbox完成控制信号与位移信号的实时测量，并根据压电陶瓷的特性，编写单神经元自适应补偿算法，利用设备完成算法的性能测试。

测试程序的Simulink代码如下图所示：

登录/注册后看高清大图

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml15476\wps41.jpg

测试结果:

分别测试了控制算法在跟踪正弦轨迹与三角轨迹的效果，对于正弦轨迹，单神经元自适应补偿算法可以有效地消除迟滞非线性的影响，相对于传统的PID控制，单神经元自适应补偿算法具有更高的适应性和鲁棒性，对于50Hz以内的正弦轨迹，均能很好地消除迟滞非线性。对于三角轨迹，单神经元自适应补偿算法同样能够取得类似的效果。实验结果如下图所示：

登录/注册后看高清大图

登录/注册后看高清大图

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml15476\wps42.jpg

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml15476\wps43.jpg

放大器在该实验中发挥的效能:

控制信号是弱电，其电压范围为0-10V，不足以驱动压电陶瓷驱动器。利用高频功率放大器将控制信号放大，生成驱动电压，从而驱动压电陶瓷。

关于功率放大器介绍：

ATA-4052是一款理想的可放大交、直流信号的单通道高压功率放大器。最大输出310Vp-p(±155Vp)电压，437Wp功率，可以驱动高压功率型负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的完美放大。

输入Input

输入为BNC接口，输入电阻50Ω、5kΩ两档可选，完美匹配高低内阻信号源。

输出 Output

输出为香蕉插座，最大输出电压310Vp-p（±155Vp），输出电流2Arms。

液晶面板显示

操作面板液晶显示，设备状态及参数动态显示，交互界面一目了然，简洁易懂。

电压增益

电压增益数控0~100倍可调，具体分为粗调（1step）和细调（0.1 step）两种。结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值。

1/100 Monitor：此端口电压为输出端口的1/100，监测口为BNC接头，可以直接连接到示波器进行输出电压的实时监测。