非対称線形包絡関数修正Prandtl-Ishlinskiiモデルによる圧電高速操舵ミラーのヒステリシス補償

BAO Ruifei ,  

ZHANG Yannan ,  

ZHAO Song ,  

SUN Mingchao ,  

ZHONG Enfu ,  

CHU Hairong ,  

摘要

圧電高速操舵ミラー(Piezoelectric Fast Steering Mirror、PFSM)固有のヒステリシス特性は、高精度位置決めシステムにおける制御精度を著しく制限しています。これに対し、時間計算量、逆変換の必要条件および誤差要因の3つの核心的な視点から、一般的な包絡関数の性能差を体系的に比較し、非対称線形包絡関数を総合的に選択し、非対称線形包絡関数に基づく率依存広義Prandtl-Ishlinskiiモデル(Rate-Dependent Generalized Prandtl-Ishlinskii Model with Asymmetric Linear Envelope Function、LRGPI)を採用しました。ヒステリシスの率依存問題を解決するために、微分項を導入しモデルの適用周波数範囲を拡大しました。続いて、LRGPI逆モデルフィードフォワードを構築し、ヒステリシス補償の有効性を比較検証しました。最後に、逆モデルフィードフォワードに基づく複合制御手法を設計し、外部干渉の影響を抑制しました。シミュレーション実験により、LRGPI逆モデルフィードフォワード制御は、tanh包絡関数に基づく率依存広義PIモデル(TRGPI)逆モデルおよび三次包絡関数に基づく率依存広義PIモデル(CRGPI)逆モデルと比較して、ヒステリシス補償の帯域幅をそれぞれ5.78%および28.69%向上させました。逆モデルフィードフォワード補償に基づく比較実験は、LRGPI逆モデルフィードフォワード制御のRMSEがPI逆モデル、TRGPI、およびCRGPI逆モデルと比較してそれぞれ62.7%、23.2%、26.4%低減し、LRGPIモデルがPFSMのヒステリシス動作を解決する上で顕著な優位性と安定性を持つことを十分に実証しました。

关键词

圧電高速操舵ミラー;ヒステリシス特性;率依存;非対称包絡関数;広義Prandtl-Ishlinskiiモデル;逆補償;複合制御

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