1.一种压电陶瓷执行器迟滞特性的抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取压电陶瓷执行器在输入电压下产生的输出位移,并根据所述输出位移和所述输入电压建立迟滞模型;
步骤2:对所述迟滞模型进行参数辨识,得到目标迟滞模型;
步骤3:根据所述目标迟滞模型设计分数阶滑模控制器,并采用所述分数阶滑模控制器对所述压电陶瓷执行器进行控制;
所述步骤1具体采用基于质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的建模方法建立所述迟滞模型;所述迟滞模型具体为Bouc‑wen等效迟滞模型,所述Bouc‑wen等效迟滞模型的具体公式为:
其中,y(t)为所述输出位移,u(t)为所述输入电压,h(t)为所述Bouc‑wen等效迟滞模型的迟滞分量, 为所述迟滞分量对时间的一阶导数,D0、A、β、γ和n均为反映迟滞特性的模型参数, 为所述输入电压对时间的一阶导数,α为权重系数,ks为所述压电陶瓷执行器的第一等效刚度系数,k为反映所述迟滞特性的第二等效刚度系数,k1和k2均为根据α、D0、k和ks所得的第一简记系数;
在所述步骤1中,还包括对所述Bouc‑wen等效迟滞模型进行修正,得到修正Bouc‑wen模型,所述修正Bouc‑wen模型的具体公式为:其中,y1(t)为修正输出位移,u1(t)为修正输入电压,h1(t)为所述修正Bouc‑wen模型的修正迟滞分量,d为修正迟滞分量差值, 为相位差值, 为所述修正迟滞分量对时间的一阶导数, 为所述修正输入电压对时间的一阶导数;
所述步骤2中具体采用差分进化方法对所述修正Bouc‑wen模型进行参数辨识,得到所述目标迟滞模型;
所述步骤3具体包括以下步骤:
步骤31:根据所述目标迟滞模型中的所述修正输出位移与预设的参考位移之间的位移误差确定所述分数阶滑模控制器的滑模面;
所述滑模面为:
e=y1‑yd;
其中,s为所述滑模面,e为所述位移误差,y1为所述修正输出位移的值,yd为所述参考位移,c0为所述分数阶滑模控制器的比例参数且c0>0,D为分数阶运算,λ为分数阶的阶数;
步骤32:根据所述滑模面确定所述分数阶滑模控制器的控制律,并根据所述控制律、所述滑模面和所述目标迟滞模型,得到所述分数阶滑模控制器的控制信号;
所述控制律为:
其中,为所述滑模面的一阶导数,k0为指数趋近项系数,ε为趋近速度,sgn(·)为开关函数;
所述控制信号的具体公式为:
其中,uc(t)为所述控制信号,m为所述质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的等效质量,c为所述质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的等效阻尼系数,k3和k4均为根据k1和k2所得的第二简记系数;
步骤33:根据所述控制信号对所述压电陶瓷执行器进行控制。
2.一种压电陶瓷执行器迟滞特性的抑制系统,其特征在于,包括电源模块、采样模块、处理模块和控制模块;
所述电源模块用于提供压电陶瓷执行器的输入电压;
所述采样模块用于获取所述压电陶瓷执行器在所述输入电压下产生的输出位移;
所述处理模块用于根据所述输出位移和所述输入电压建立迟滞模型,还用于对所述迟滞模型进行参数辨识,得到目标迟滞模型,还用于根据所述目标迟滞模型设计分数阶滑模控制器;
所述控制模块用于采用所述分数阶滑模控制器对所述压电陶瓷执行器进行控制;
所述处理模块具体用于采用基于质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的建模方法建立所述迟滞模型;所述迟滞模型具体为Bouc‑wen等效迟滞模型,所述Bouc‑wen等效迟滞模型的具体公式为:
其中,y(t)为所述输出位移,u(t)为所述输入电压,h(t)为所述Bouc‑wen等效迟滞模型的迟滞分量, 为所述迟滞分量对时间的一阶导数,D0、A、β、γ和n均为反映迟滞特性的模型参数, 为所述输入电压对时间的一阶导数,α为权重系数,ks为所述压电陶瓷执行器的第一等效刚度系数,k为反映所述迟滞特性的第二等效刚度系数,k1和k2均为根据α、D0、k和ks所得的第一简记系数;
所述处理模块还具体用于对所述Bouc‑wen等效迟滞模型进行修正,得到修正Bouc‑wen模型,所述修正Bouc‑wen模型的具体公式为:其中,y1(t)为修正输出位移,u1(t)为修正输入电压,h1(t)为所述修正Bouc‑wen模型的修正迟滞分量,d为修正迟滞分量差值,为相位差值, 为所述修正迟滞分量对时间的一阶导数, 为所述修正输入电压对时间的一阶导数;
所述处理模块具体用于采用差分进化方法对所述修正Bouc‑wen模型进行参数辨识,得到所述目标迟滞模型;
所述处理模块还具体用于:
根据所述目标迟滞模型中的所述修正输出位移与预设的参考位移之间的位移误差确定所述分数阶滑模控制器的滑模面;
所述滑模面为:
e=y1‑yd;
其中,s为所述滑模面,e为所述位移误差,y1为所述修正输出位移的值,yd为所述参考位移,c0为所述分数阶滑模控制器的比例参数且c0>0,D为分数阶运算,λ为分数阶的阶数;
根据所述滑模面确定所述分数阶滑模控制器的控制律,并根据所述控制律、所述滑模面和所述目标迟滞模型,得到所述分数阶滑模控制器的控制信号;
所述控制律为:
其中,为所述滑模面的一阶导数,k0为指数趋近项系数,ε为趋近速度,sgn(·)为开关函数;
所述控制信号的具体公式为:
其中,uc(t)为所述控制信号,m为所述质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的等效质量,c为所述质量‑弹簧‑阻尼数学物理模型的等效阻尼系数,k3和k4均为根据k1和k2所得的第二简记系数;
所述控制模块具体用于根据所述控制信号对所述压电陶瓷执行器进行控制。
3.一种压电陶瓷执行器迟滞特性的抑制系统,其特征在于,包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序,所述计算机程序运行时实现如权利要求1所述的方法步骤。
4.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质包括:至少一个指令,在所述指令被执行时实现如权利要求1所述的方法步骤。