CN111222248B - 压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法和装置，属于压电陶瓷技术领域，该方法包括：获取压电陶瓷致动器的输入电压；确定输入电压的一阶导数和二阶导数；将输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到压点陶瓷致动器的迟滞结果；预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，形状控制函数为以输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，输入电压的一阶导数和二阶导数使形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化；可以解决现有的基于Bouc‑Wen模型建立的迟滞模型，该模型输出的理论输出位移与实际输出位移之间的误差较大的问题；提高迟滞模型的建模精度。
Description
技术领域
本申请涉及一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法和装置，属于压电陶瓷技术领域。
背景技术
压电陶瓷致动器是一种理想的微动***驱动元件，但是它存在着迟滞现象。这给压电陶瓷微位移***的建模和控制带来困难。压电陶瓷的迟滞非线性属于非局部存储型迟滞非线性，是压电陶瓷固有的特性。其主要特点是：***下一时刻的输出不仅取决于当前时刻的输入和输出，还取决于输入的历史状态。
现有的压电陶瓷致动器的建模装置包括：基于Bouc-Wen模型进行建模。其中，Bouc-Wen模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；k、A、β、γ是模型参数，n为预设常数，比如：n＝1。
然而，基于Bouc-Wen模型建立的迟滞模型输出的理论输出位移与实际输出位移之间的误差仍然较大。
发明内容
本申请提供了一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法和装置，可以解决现有的基于Bouc-Wen模型建立的迟滞模型，该模型输出的理论输出位移与实际输出位移之间的误差较大的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法，所述方法包括：
获取所述压电陶瓷致动器的输入电压；
确定所述输入电压的一阶导数和二阶导数；
将所述输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到所述压电陶瓷致动器的迟滞结果；
其中，所述预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，所述预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，所述迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，所述形状控制函数为以所述输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，所述输入电压的一阶导数和二阶导数使所述形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
可选地，所述形状控制函数包括以所述输入电压的一阶导数为参数的分量、以所述输入电压的二阶导数为参数的分量和以所述输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
可选地，所述预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u
(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
第二方面，提供了一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置，所述装置包括：
电压获取模块，用于获取所述压电陶瓷致动器的输入电压；
导数确定模块，用于确定所述输入电压的一阶导数和二阶导数；
迟滞确定模块，用于将所述输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到所述压电陶瓷致动器的迟滞结果；
其中，所述预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，所述预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，所述迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，所述形状控制函数为以所述输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，所述输入电压的一阶导数和二阶导数使所述形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
可选地，所述形状控制函数包括以所述输入电压的一阶导数为参数的分量、以所述输入电压的二阶导数为参数的分量和以所述输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
可选地，所述预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
本申请的有益效果在于：通过获取压电陶瓷致动器的输入电压；确定输入电压的一阶导数和二阶导数；将输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到压电陶瓷致动器的迟滞结果；可以解决现有的基于Bouc-Wen模型建立的迟滞模型，该模型输出的理论输出位移与实际输出位移之间的误差较大的问题；由于预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，形状控制函数为以输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，输入电压的一阶导数和二阶导数使形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化，因此，更加符合形状控制函数的实际变化情况，从而提高迟滞模型的建模精度。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的Bouc-Wen模型与预设迟滞模型随时间变化的误差曲线示意图；
图3是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
可选地，本申请以各个实施例的执行主体为电子设备为例进行说明，该电子设备包括但不限于：计算机、手机、平板电脑或者服务器等，本实施例不对电子设备的类型作限定。
图1是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法的流程图。该方法至少包括以下几个步骤：
步骤101，获取压电陶瓷致动器的输入电压；
步骤102，确定输入电压的一阶导数和二阶导数；
步骤103，将输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到压电陶瓷致动器的迟滞结果；其中，预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，形状控制函数为以输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，输入电压的一阶导数和二阶导数使形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
其中，压电陶瓷致动器的迟滞结果用于指示压电陶瓷致动器随时间变化的输入位移。
对于现有的Bouc-Wen模型，可以通过下表示：
上式中的等价写成如下：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；k、A、β、γ是模型参数，n为预设常数，比如：n＝1。
在Bouc-Wen模型中形状控制函数的函数值随时间呈中心对称变化。然而，在实际实现时，形状控制函数的函数值随时间呈非中心对称变化。基于此，本申请提供的预设迟滞模型在现有的Bouc-Wen模型的基础上，引入了输入电压的二阶导数，以使形状控制函数的函数值随时间呈非中心对称变化，更加符合形状控制函数的实际变化情况，提高迟滞模型的建模精度。
可选地，形状控制函数包括以输入电压的一阶导数为参数的分量、以输入电压的二阶导数为参数的分量和以输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
可选对，预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
参考图2所示的Bouc-Wen模型与预设迟滞模型随时间变化的误差曲线，根据图2可知，预设迟滞模型的迟滞误差低于Bouc-Wen模型的迟滞误差。
综上所述，本实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法，通过获取压电陶瓷致动器的输入电压；确定输入电压的一阶导数和二阶导数；将输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到压电陶瓷致动器的迟滞结果；可以解决现有的基于Bouc-Wen模型建立的迟滞模型，该模型输出的理论输出位移与实际输出位移之间的误差较大的问题；由于预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，形状控制函数为以输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，输入电压的一阶导数和二阶导数使形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化，因此，更加符合形状控制函数的实际变化情况，从而提高迟滞模型的建模精度。
图3是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置的框图。该装置至少包括以下几个模块：电压获取模块310、导数确定模块320和迟滞确定模块330。
电压获取模块310，用于获取所述压电陶瓷致动器的输入电压；
导数确定模块320，用于确定所述输入电压的一阶导数和二阶导数；
迟滞确定模块330，用于将所述输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到所述压电陶瓷致动器的迟滞结果；
其中，所述预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，所述预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，所述迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，所述形状控制函数为以所述输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，所述输入电压的一阶导数和二阶导数使所述形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
可选地，所述形状控制函数包括以所述输入电压的一阶导数为参数的分量、以所述输入电压的二阶导数为参数的分量和以所述输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
可选地，所述预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u
(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
相关细节参考上述装置实施例。
需要说明的是：上述实施例中提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置在进行压电陶瓷致动器的迟滞现象时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置与压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见装置实施例，这里不再赘述。
可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述装置实施例的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置。
可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述装置实施例的压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述压电陶瓷致动器的输入电压；
确定所述输入电压的一阶导数和二阶导数；
将所述输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到所述压电陶瓷致动器的迟滞结果；
其中，所述预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，所述预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，所述迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，所述形状控制函数为以所述输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，所述输入电压的一阶导数和二阶导数使所述形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形状控制函数包括以所述输入电压的一阶导数为参数的分量、以所述输入电压的二阶导数为参数的分量和以所述输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
4.一种压电陶瓷致动器的迟滞现象确定装置，其特征在于，所述装置包括：
电压获取模块，用于获取所述压电陶瓷致动器的输入电压；
导数确定模块，用于确定所述输入电压的一阶导数和二阶导数；
迟滞确定模块，用于将所述输入电压的一阶导数和二阶导数输入预设迟滞模型，得到所述压电陶瓷致动器的迟滞结果；
其中，所述预设迟滞模型是对Bouc-Wen模型进行改进得到的，所述预设迟滞模型包括输入位移的迟滞分量的一阶导数，所述迟滞分量的一阶导数包括形状控制函数，所述形状控制函数为以所述输入电压的一阶导数和二阶导数为变量的参数，所述输入电压的一阶导数和二阶导数使所述形状控制函数的取值随时间呈非中心对称变化。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述形状控制函数包括以所述输入电压的一阶导数为参数的分量、以所述输入电压的二阶导数为参数的分量和以所述输入电压的一阶导数乘以二阶导数为参数的分量。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预设迟滞模型通过下式表示：
其中，y(t)是输出位移随时间变化的函数；x(t)是输出位移的线性分量随时间变化的函数；h(t)是输出位移的迟滞分量随时间变化的函数；u(t)是输入电压随时间变化的函数；“.”表示对应函数的一阶导数；“..”表示对应函数的二阶导数k、A、β1、β2、β3、β4、β5、β6、γ是模型参数，n为预设常数。
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