基于Hebb學習規則的壓電陶瓷驅動器單神經元自適應磁滯補償

實驗名稱：基于Hebb學習規則的壓電陶瓷驅動器單神經元自適應磁滯補償

研究方向：微納定位

實驗內容:壓電陶瓷驅動器存在遲滯非線性，極大降低了其運動精度，由于其遲滯存在時變與非對稱特征，增大了遲滯建模與補償的難度。本實驗使用單神經元自適應控制方法，對壓電陶瓷驅動器的遲滯非線性進行在線補償，從而提高壓電陶瓷驅動器的軌跡跟蹤性能。

測試目的：驗證遲滯補償算法的性能。

測試設備:dSPACE實時采集模塊，動態橋式應變儀、高頻功率放大器ATA-4052

實驗過程:硬件連接與軟件運行界面

被測對象為Thorlabs公司生產的PZS001型壓電陶瓷驅動器，在大100V的驅動電壓下，其大位移為12.925μm。使用ATA-4052形放大器將控制壓電放大為壓電陶瓷驅動器的驅動電壓。壓電陶瓷驅動器上自帶4個電阻應變片，組成一個4橋的電阻應變片。使用北戴河實用電子技術研究所生產的SDY2105型電橋放大器測量壓電陶瓷驅動器的變形量。測試系統的硬件連接圖如下所示：

測試程序在Matlab/Simulink下編寫，通過dSPACE公司生產的Microlabbox型實時控制器運行測試程序。測試流程如下：首先在控制程序中生成0-10V的正弦信號，經過放大器放大之后驅動壓電陶瓷驅動前前后運動，利用Microlabbox完成控制信號與位移信號的實時測量，并根據壓電陶瓷的特性，編寫單神經元自適應補償算法，利用設備完成算法的性能測試。

測試程序的Simulink代碼如下圖所示：

測試結果:

分別測試了控制算法在跟蹤正弦軌跡與三角軌跡的效果，對于正弦軌跡，單神經元自適應補償算法可以有效地消除遲滯非線性的影響，相對于傳統的PID控制，單神經元自適應補償算法具有更高的適應性和魯棒性，對于50Hz以內的正弦軌跡，均能很好地消除遲滯非線性。對于三角軌跡，單神經元自適應補償算法同樣能夠取得類似的效果。實驗結果如下圖所示：

放大器在該實驗中發揮的效能:

控制信號是弱電，其電壓范圍為0-10V，不足以驅動壓電陶瓷驅動器。利用高頻功率放大器將控制信號放大，生成驅動電壓，從而驅動壓電陶瓷。

關于功率放大器介紹：

ATA-4052是一款理想的可放大交、直流信號的單通道高壓功率放大器。大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，437Wp功率，可以驅動高壓功率型負載。電壓增益數控可調，一鍵保存常用設置，為您提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發生器配套使用，實現信號的完美放大。

輸入Input

輸入為BNC接口，輸入電阻50Ω、5kΩ兩檔可選，完美匹配高低內阻信號源。

輸出 Output

輸出為香蕉插座，大輸出電壓310Vp-p（±155Vp），輸出電流2Arms。

液晶面板顯示

操作面板液晶顯示，設備狀態及參數動態顯示，交互界面一目了然，簡潔易懂。

電壓增益

電壓增益數控0~100倍可調，具體分為粗調（1step）和細調（0.1 step）兩種。結合液晶面板增益的顯示，能夠快速調整至需要的電壓值。

1/100 Monitor：此端口電壓為輸出端口的1/100，監測口為BNC接頭，可以直接連接到示波器進行輸出電壓的實時監測。