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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: 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: 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: 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。 |