應用電荷搜尋演算法於雙軸壓電致動撓性平台之建模與控制

Modeling and control of a biaxial PZT actuated flexible-base-stage using CSS

許欽仁(Chin-Jen Hsu)

指導教授 ： 林啟瑞 ； 洪祖全

國立臺北科技大學/機電學院/機電整合研究所/碩士(2012年)

摘要

本篇論文介紹了一種撓性架構的雙軸壓電致動撓性平台，用此平台可以達到精密定位控制的目的。但是壓電致動器有非線性的遲滯現象，所以當撓性平台移動時，會因為遲滯現象產生誤差，減少精密定位的精度。為了補償這誤差，本論文提出以前饋控制器為基礎的順滑模態控制器來補償遲滯現象產生的誤差。本論文中將用新穎的演算法，電荷搜尋演算法來尋找建構遲滯模型所需要的最佳化形變參數，並且完成撓性平台的完整建模。將電荷搜尋演算法所得到的參數建構出遲滯模型後，藉此設計出前饋控制器，並結合順滑控制理論完成順滑控制器。最後除了比對模擬與實驗的結果是否一致外，透過實驗證明此論文所設計的控制器可有效的消除撓性平台X軸、Y軸以及雙軸同動時的位移誤差量，達到精密定位控制的目的。

關鍵字

壓電致動器 ； 遲滯模型 ； 電荷搜尋演算法 ； 順滑模態控制器

並列摘要

This paper presents a micropositioner which utilizes a monolithic flexure-based mechanism and is actuated by the embedded piezoelectric actuators to achieve the translations in the X- and Y-axes. Due to the nonlinear hysteresis of piezoelectric actuators, flexure-based mechanism has error of displacement as it moves. To compensate this error, the paper uses a feedforward based sliding mode controller. This paper use a novel algorithm Charge system search to identify the optimal parameters which construct the Bouc-Wen and Duhem Model. Finally, using the feedforward based sliding mode controller with force feedback control can eliminate the hysteresis error successfully.

並列關鍵字

Piezoelectric Actuators ； Hysteresis Model ； Charged System Search ； Sliding Mode Control

參考文獻

[18] 秦宗翰，混合型順滑模態控制於高精度線性馬達摩擦力補償，碩士論文，國立台北科技大學自動化科技研究所，台灣，2007。

[24] 林柏廷，應用粒子群最佳化演算法於雙軸壓電致動撓性平台之建模與控制，碩士論文，國立台北科技大學自動化科技研究所，台灣，2011。

[3] Han J. M. T. A. Adriaens, Willem L. de Koning, Reinder Banning, “Modeling Piezoelectric Actuators,” IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, vol. 5, no. 4, 2000.

[6] Y. Stepanenko, C.Y. su, “Intelligent control of piezoeletric actuators,” Proceedings of the 37th IEEE cinference on Decision and Control, 1998, pp. 4234-4239.

[8] Helmick, D., and Messner, W., “Higher Order Modeling of Hysteresis in