CAMOZZI康茂勝疊堆執行器控制方法的研究
康茂勝疊堆執行器是一種利用壓電材料的逆壓電效應制作而成的微位移執行器，具有體積小、能量密度高、分辨率高、頻響快等優點，已經成為精密定位系統中重要定位及驅動元件。由于基于單片壓電陶瓷晶片的壓電陶瓷執行器的輸出位移比較小，常常采用一定的工藝將多片壓電陶瓷晶片和電極疊合而成壓電陶瓷疊堆執行器以提高輸出位移。

CAMOZZI康茂勝疊堆執行器控制方法的研究
這種通過一定的工藝疊合而成的壓電陶瓷疊堆執行器存在的一些缺點限制了其在快速、高精密定位系統中的應用：首先壓電陶瓷疊堆執行器會進一步加劇壓電陶瓷晶片的輸出位移與驅動電壓之間存在多值對應的遲滯現象，如何實現對壓電陶瓷疊堆執行器的有效控制成為精密定位控制研究中的重點和難點之一；其次疊合工藝會影響壓電陶瓷疊堆執行器的動態性能，甚至縮短其使用壽命。了解決上述問題，本文建立了能描述壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象的Bouc-Wen數學模型，提出了基于Bouc-Wen數學模型的線性化控制方法用于實現壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯線性化；建立了能夠同時模擬壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象和動態特性的綜合模型，提出了能夠合理設計壓電陶瓷疊堆執行器的動態性能的方法；建立了預壓緊壓電陶瓷執行器的現象模型；在此基礎上，提出并實現了壓電致動二維微位移掃描平臺的基于現象模型的魯棒模型參考自適應控制方法。
本文的主要研究工作和創新點可以歸納為以下六個方面： 1.提出并研究了能夠模擬壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象的Bouc-Wen數學模型。相應地提出并實現了能夠求取模型參數的解析解的參數辨識方法，并且在辨識過程中采用zui小二乘法以降低外界隨機干擾的影響。建立相應的實驗系統對模型進行實驗驗證。實驗結果表明，Bouc-Wen數學模型及相應的參數辨識方法能夠有效地模擬壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象，其模擬誤差在3%左右。 2.通過在Bouc-Wen遲滯算子中引入非對稱因式用于模擬壓電陶瓷疊堆執行器遲滯現象的非對稱性，提出并研究了壓電陶瓷疊堆執行器的非對稱Bouc-Wen數學模型，建立了相應地能夠求取模型參數的解析解的辨識方法。實驗結果表明，非對稱Bouc-Wen數學模型能夠很好地模擬壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象，模擬誤差與Bouc-Wen數學模型相比降低了30%左右。非對稱Bouc-Wen數學模型以及相應的參數辨識方法也可以用于模擬其他具有非對稱遲滯現象的材料或者系統。 3.提出了基于壓電陶瓷疊堆執行器的Bouc-Wen模型的前饋線性化控制方法和前饋補償與PI反饋相結合的復合線性化控制方法。采用基于dSPACE實時仿真控制系統的快速控制原型技術建立了前饋和復合線性化控制方法的快速原型系統并對其進行實驗驗證。實驗結果表明，前饋和復合線性化控制都能將壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象線性化，而且復合控制的線性化誤差比前饋控制有顯著降低，經過線性化控制后壓電陶瓷疊堆執行器可以當成線性執行器使用。分別采用本文提出的壓電陶瓷疊堆執行器的前饋和復合線性化控制方法，建立了壓電致動微夾鉗的夾爪位移伺服控制的開環和閉環控制系統，并實驗驗證了提出的線性化方法可以簡化了壓電致動微夾鉗的控制算法并提高其定位控制精度。 4.考慮粘結層為一個無源單自由度質量-阻尼-剛度系統，提出并建立了能夠模擬壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯現象和動態特性的基于Bouc-Wen遲滯算子的綜合模型。根據該綜合模型，壓電陶瓷疊堆執行器的疊合工藝可以看成通過改變粘結層的特性從而改變壓電陶瓷疊堆執行器的動態特性但是不影響其遲滯特性，與實驗測試結果相吻合。為了設計壓電陶瓷疊堆執行器的動態特性，采用彈性變形元件對壓電陶瓷疊堆執行器預壓緊，提出了確定預壓緊機構的參數的方法。仿真結果表明，該方法能夠在一定程度上有效地設計壓電陶瓷疊堆執行器的動態性能。 5.提出并建立了能夠模擬預壓緊壓電陶瓷疊堆執行器的遲滯和動態特性的基于Bouc-Wen遲滯算子的現象模型以及相應的參數辨識方法。實驗結果表明，該現象模型以及相應的參數辨識方法能很好的模擬預壓緊壓電陶瓷疊堆執行器的輸入輸出特性。 6.在上述工作的基礎上建立了二維微位移掃描平臺的現象模型，提出了基于二維微位移掃描平臺的現象模型的魯棒模型參考自適應控制方法，該方法在平臺特性發生改變、存在著外界隨機擾動和延時蠕變等情況下依然能夠快速、精確地控制微位移掃描平臺。在理論上證明了魯棒模型參考自適應控制方法的穩定性。建立了相應的實驗系統對魯棒模型參考自適應控制進行實驗驗證，并將該控制方法的性能與基于現象模型的PID控制方法進行對比。實驗結果顯示魯棒參考自適應控制系統能夠顯著地提高定位控制精度，并且具有較高的魯棒性和學習能力。 本文對壓電陶瓷疊堆執行器及其系統的遲滯現象模擬、線性化及控制方法的研究，為壓電陶瓷疊堆執行器在快速、高精密定位系統中的應用奠定了理論基礎。

CAMOZZI康茂勝疊堆執行器控制方法的研究
因此，壓電陶瓷疊堆執行器及其系統的遲滯線性化方法及壓電陶瓷疊堆執行器的動態性能設計方法是壓電陶瓷疊堆執行器在快速、高精密定位系統中應用時必須解決的問題，開展這方面的研究具有重要學術意義和工程應用前景。