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Adaptive Hysteresekompensation für einzelne Neuronen eines piezoelektrischen Aktuators basierend auf der Hebb-Lernregel
Adaptive Einzelneuronen-Hysteresekompensation eines piezoelektrischen Keramikaktuators basierend auf der Hebb-Lernregel Forschungsrichtung: Mikro-Nano-Positionierung.
Versuchsname:
Adaptive Hysteresekompensation eines einzelnen Neurons eines piezoelektrischen Keramikaktuators basierend auf der Hebb-Lernregel
Forschungsrichtung: Mikro-Nano-Positionierung
Experimenteller Inhalt:
Der piezoelektrische Aktuator hat eine Hysterese-Nichtlinearität, die seine Bewegungsgenauigkeit stark reduziert. Aufgrund der zeitveränderlichen und asymmetrischen Eigenschaften seiner Hysterese erhöht es die Schwierigkeit der Hysteresemodellierung und -kompensation. In diesem Experiment wird ein adaptives Steuerungsverfahren mit einem einzelnen Neuron verwendet, um die Hysterese-Nichtlinearität des piezoelektrischen Aktuators online zu kompensieren, um so die Verfolgungsleistung des piezoelektrischen Aktuators zu verbessern.
Testzweck:
Um die Leistung des Hysteresekompensationsalgorithmus zu überprüfen.
Test Ausrüstung:
DSPACE Echtzeit-Erfassungsmodul, dynamische Brücken-Dehnungsmessstreifen, Hochfrequenz-Leistungsverstärker ATA-4052.
Experimentprozess: Hardwareverbindung und Softwarebetriebsschnittstelle.
Das getestete Objekt ist der piezoelektrische Keramiktreiber pzs001, der von der Firma Thorlabs hergestellt wird. Die maximale Verschiebung beträgt 12,925 μm unter der maximalen Ansteuerspannung von 100 V. Unter Verwendung des Verstärkers ATA-4052 wird die Steuerpiezoelektrizität in die Treiberspannung des piezoelektrischen Keramiktreibers verstärkt. Der piezoelektrische Keramiktreiber ist mit vier Dehnungsmessstreifen ausgestattet, die einen 4-Brücken-Dehnungsmessstreifen bilden. Der Brückenverstärker Sdy2105, hergestellt vom Beidaihe Institute of Practical Electronic Technology, wird verwendet, um die Verformung des piezoelektrischen Keramikaktuators zu messen. Das Hardware-Verbindungsdiagramm des Testsystems (Abbildung 1)
Das Testprogramm ist unter Matlab / Simulink geschrieben und läuft über den Echtzeitcontroller micro labbox der Firma dSPACE. Der Testablauf ist wie folgt: Zunächst wird im Steuerprogramm ein sinusförmiges Signal von 0-10V erzeugt. Nach der Verstärkung durch einen Verstärker wird die piezoelektrische Keramik angetrieben, um sich vorwärts und rückwärts zu bewegen. Die Echtzeitmessung des Steuersignals und des Wegsignals wird durch die Verwendung von microlabbox vervollständigt. Gemäß den Eigenschaften der piezoelektrischen Keramik wird ein adaptiver Kompensationsalgorithmus für einzelne Neuronen geschrieben, und der Leistungstest des Algorithmus wird unter Verwendung von Geräten abgeschlossen.
Der Simulink-Code des Testprogramms wird wie folgt dargestellt:
Testergebnisse:
Die Wirkung des Steueralgorithmus beim Verfolgen von sinusförmigen und dreieckigen Trajektorien wird jeweils getestet. Für sinusförmige Trajektorien kann der adaptive Kompensationsalgorithmus für einzelne Neuronen den Einfluss der Hysterese-Nichtlinearität effektiv eliminieren. Verglichen mit der herkömmlichen PID-Regelung weist der adaptive Kompensationsalgorithmus mit einzelnen Neuronen eine höhere Anpassungsfähigkeit und Robustheit auf. Für sinusförmige Trajektorien innerhalb von 50 Hz kann es Hysterese-Nichtlinearität gut eliminieren. Für eine dreieckige Trajektorie kann der adaptive Kompensationsalgorithmus für einzelne Neuronen ähnliche Ergebnisse erzielen. Die experimentellen Ergebnisse (Abbildung 2, 3)
Die Leistung des Verstärkers in diesem Experiment:
Das Steuersignal ist schwacher Strom und sein Spannungsbereich beträgt 0-10 V, was nicht ausreicht, um den piezoelektrischen Keramiktreiber anzutreiben. Der Hochfrequenzleistungsverstärker wird verwendet, um das Steuersignal zu verstärken und die Antriebsspannung zu erzeugen, um die piezoelektrischen Keramiken anzutreiben.
