多遅延入力による圧電アクチュエータのヒステリシスモデリングおよび実験検証

YANG Liu ,  

SHI Shuxian ,  

LI Dongjie ,  

摘要

圧電セラミックアクチュエータ(PEAs)は、高精度計測機器において高速かつ高精度な位置決めを実現するために多用されるスマートアクチュエータである。しかしながら、それ自体にヒステリシスやクリープなどの非線形性が存在し、とりわけヒステリシス特性が圧電アクチュエータの制御精度に深刻な影響を与えている。ヒステリシスモデリングにおける非対称性および速度依存性の課題に対して、多遅延入力Prandtl-Ishlinskii(MDPI)モデルを提案した。このモデルは従来のPIモデルに基づき、ヒステリシスの速度依存特性を表現するために一連の遅延入力を導入し、さらにモデルの非対称性を改善するためのオフセット係数を加えた。最後に圧電微動プラットフォーム上で1~100 Hzの1 V正弦波信号実験データを取得し、速度依存PIモデルおよび動的遅延PIモデルとモデル精度を比較した。実験結果より、本モデルは他の2つの動的PIモデルと比較してPEAsの動的特性およびヒステリシス特性をより正確に記述できることが示された。50 Hzおよび100 Hzで、MDPIモデルの最大絶対誤差(MAE)はそれぞれ0.0815 μmおよび0.1429 μm、二乗平均平方根誤差(RMSE)はそれぞれ0.0095 μmおよび0.0119 μmであった。両者と比較して本モデルのRMSE精度は平均で72.46%および64.21%向上した。

关键词

圧電アクチュエータ;多遅延入力;Prandtl-Ishlinskii;動的ヒステリシス

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