ファジーヒステリシスモデルを介した圧電アクチュエーターの超高速追跡制御

この論文では、圧電アクチュエーターのヒステリシスのために、新規の高木 - シュゲノ（T-S）ファジーシステムベースのモデルが提案されています。ファジーヒステリシスモデル（FHM）の前件および結果として生じる構造は、それぞれ均一なパーティションアプローチと再帰的最小二乗（RLS）アルゴリズムを通じてオンラインで識別できます。コントローラーの設計に関しては、FHMの逆を使用して、ヒステリシス効果をキャンセルするためにフィードフォワードコントローラーを開発します。次に、ハイブリッドコントローラーが高性能追跡用に設計されています。フィードフォワードコントローラーと、安定化と妨害補償に適した比例積分差（PID）コントローラーを組み合わせます。ナノメートルスケールの追跡精度を実現するために、強化された適応ハイブリッドコントローラーがさらに開発されます。リアルタイムの入力データと出力データを使用してFHMを更新するため、圧電アクチュエータのオンサイトヒステリシス特性に合わせてフィードフォワードコントローラーを変更します。最後に、50 Hzの正弦波、複数の周波数正弦波および50 Hzの三角軌道追跡の3例に関して、実験結果は提案されたコントローラーの効率を示しています。特に、最大目的の変位のわずか0.35％であるため、50 Hzの正弦波追跡の最大誤差は5.8 nmに大幅に減少し、開発された適応ハイブリッドコントローラーの超高速ナノメートルスケール追跡性能を明確に示しています。

In this paper, a novel Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy system based model is proposed for hysteresis in piezoelectric actuators. The antecedent and consequent structures of the fuzzy hysteresis model (FHM) can be, respectively, identified on-line through uniform partition approach and recursive least squares (RLS) algorithm. With respect to controller design, the inverse of FHM is used to develop a feedforward controller to cancel out the hysteresis effect. Then a hybrid controller is designed for high-performance tracking. It combines the feedforward controller with a proportional integral differential (PID) controller favourable for stabilization and disturbance compensation. To achieve nanometer-scale tracking precision, the enhanced adaptive hybrid controller is further developed. It uses real-time input and output data to update FHM, thus changing the feedforward controller to suit the on-site hysteresis character of the piezoelectric actuator. Finally, as to 3 cases of 50 Hz sinusoidal, multiple frequency sinusoidal and 50 Hz triangular trajectories tracking, experimental results demonstrate the efficiency of the proposed controllers. Especially, being only 0.35% of the maximum desired displacement, the maximum error of 50 Hz sinusoidal tracking is greatly reduced to 5.8 nm, which clearly shows the ultra-precise nanometer-scale tracking performance of the developed adaptive hybrid controller.