案例15 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 12.925μ m。 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 ：
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 ：
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 ：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 放 大 器 将 控 制 信 号 放 大 ，生 成 驱 动 电 压 ， 从 而 驱 动 压 电 陶 瓷 。
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