測試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、壓電MFC執(zhí)行器致動的柔性懸臂梁、計算機(jī)、測振儀控制器、實時仿真系統(tǒng)、測振儀光學(xué)頭。

實驗過程：搭建了壓電MFC執(zhí)行器致動的柔性懸臂梁主動控制實驗裝置，先通過MPSO算法確定基于MPI模型的前饋和復(fù)合線性化控制器，在低頻驅(qū)動信號下測試并驗證其對遲滯特性的補(bǔ)償效果；再建立基于EMD綜合模型的控制方法，將動態(tài)力學(xué)模型簡化為四階模型并構(gòu)建偽逆模型，整定PI反饋參數(shù)，在5-30Hz寬頻帶諧波信號下測試，對比未控制、前饋及復(fù)合控制的滯回曲線與線性化誤差，驗證兩種控制方法在低頻和寬頻帶場景下的有效性。

圖1：系統(tǒng)控制框圖

圖2：實驗平臺

實驗結(jié)果：

1、基于MPI模型的前饋和復(fù)合線性化控制均能有效降低壓電MFC執(zhí)行器低頻遲滯特性對柔性懸臂梁輸出位移精度的影響，且復(fù)合控制的非線性度降低效果更優(yōu)。

2、基于EMD綜合模型的前饋和復(fù)合線性化控制可有效補(bǔ)償寬頻帶內(nèi)遲滯、蠕變及結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的綜合影響，實現(xiàn)柔性懸臂梁寬頻帶輸入-輸出關(guān)系的線性化。

3、基于EMD綜合模型的復(fù)合控制相較于前饋控制，在不同驅(qū)動電壓頻率下非線性度最大降低50.69%、最小降低22.19%，寬頻帶線性化控制精度更優(yōu)。

4、柔性懸臂梁動態(tài)力學(xué)模型由七階簡化為四階后，與實驗數(shù)據(jù)在幅頻和相頻響應(yīng)上仍保持較高吻合度，可穩(wěn)定用于寬頻帶線性化控制。

5、反饋回路的引入能有效消除前饋控制中因模型誤差和外界干擾產(chǎn)生的偏置誤差，但在驅(qū)動電壓頻率較高時，反饋控制的實時性會對控制精度產(chǎn)生一定影響

圖3：七階系統(tǒng)、四階系統(tǒng)和實驗數(shù)據(jù)的頻率響應(yīng)對比曲線

圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇