基于Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器單神經(jīng)元自適應(yīng)磁滯補(bǔ)償

實(shí)驗(yàn)名稱：基于Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器單神經(jīng)元自適應(yīng)磁滯補(bǔ)償

研究方向：微納定位

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器存在遲滯非線性，極大降低了其運(yùn)動(dòng)精度，由于其遲滯存在時(shí)變與非對(duì)稱特征，增大了遲滯建模與補(bǔ)償?shù)碾y度。本實(shí)驗(yàn)使用單神經(jīng)元自適應(yīng)控制方法，對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯非線性進(jìn)行在線補(bǔ)償，從而提高壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的軌跡跟蹤性能。

測(cè)試目的：驗(yàn)證遲滯補(bǔ)償算法的性能。

測(cè)試設(shè)備:dSPACE實(shí)時(shí)采集模塊，動(dòng)態(tài)橋式應(yīng)變儀、高頻功率放大器ATA-4052

實(shí)驗(yàn)過程:硬件連接與軟件運(yùn)行界面

被測(cè)對(duì)象為Thorlabs公司生產(chǎn)的PZS001型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，在大100V的驅(qū)動(dòng)電壓下，其大位移為12.925μm。使用ATA-4052形放大器將控制壓電放大為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器上自帶4個(gè)電阻應(yīng)變片，組成一個(gè)4橋的電阻應(yīng)變片。使用北戴河實(shí)用電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的SDY2105型電橋放大器測(cè)量壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的變形量。測(cè)試系統(tǒng)的硬件連接圖如下所示：

測(cè)試程序在Matlab/Simulink下編寫，通過dSPACE公司生產(chǎn)的Microlabbox型實(shí)時(shí)控制器運(yùn)行測(cè)試程序。測(cè)試流程如下：首先在控制程序中生成0-10V的正弦信號(hào)，經(jīng)過放大器放大之后驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)前前后運(yùn)動(dòng)，利用Microlabbox完成控制信號(hào)與位移信號(hào)的實(shí)時(shí)測(cè)量，并根據(jù)壓電陶瓷的特性，編寫單神經(jīng)元自適應(yīng)補(bǔ)償算法，利用設(shè)備完成算法的性能測(cè)試。

測(cè)試程序的Simulink代碼如下圖所示：

測(cè)試結(jié)果:

分別測(cè)試了控制算法在跟蹤正弦軌跡與三角軌跡的效果，對(duì)于正弦軌跡，單神經(jīng)元自適應(yīng)補(bǔ)償算法可以有效地消除遲滯非線性的影響，相對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制，單神經(jīng)元自適應(yīng)補(bǔ)償算法具有更高的適應(yīng)性和魯棒性，對(duì)于50Hz以內(nèi)的正弦軌跡，均能很好地消除遲滯非線性。對(duì)于三角軌跡，單神經(jīng)元自適應(yīng)補(bǔ)償算法同樣能夠取得類似的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：

放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能:

控制信號(hào)是弱電，其電壓范圍為0-10V，不足以驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。利用高頻功率放大器將控制信號(hào)放大，生成驅(qū)動(dòng)電壓，從而驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷。

關(guān)于功率放大器介紹：

ATA-4052是一款理想的可放大交、直流信號(hào)的單通道高壓功率放大器。大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，437Wp功率，可以驅(qū)動(dòng)高壓功率型負(fù)載。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設(shè)置，為您提供了方便簡(jiǎn)潔的操作選擇，可與主流的信號(hào)發(fā)生器配套使用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的完美放大。

輸入Input

輸入為BNC接口，輸入電阻50Ω、5kΩ兩檔可選，完美匹配高低內(nèi)阻信號(hào)源。

輸出 Output

輸出為香蕉插座，大輸出電壓310Vp-p（±155Vp），輸出電流2Arms。

液晶面板顯示

操作面板液晶顯示，設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示，交互界面一目了然，簡(jiǎn)潔易懂。

電壓增益

電壓增益數(shù)控0~100倍可調(diào)，具體分為粗調(diào)（1step）和細(xì)調(diào)（0.1 step）兩種。結(jié)合液晶面板增益的顯示，能夠快速調(diào)整至需要的電壓值。

1/100 Monitor：此端口電壓為輸出端口的1/100，監(jiān)測(cè)口為BNC接頭，可以直接連接到示波器進(jìn)行輸出電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。