扫描探针显微镜中压电执行器回滞非线性软计算建模及其实时补偿

本文提出了自适应范围DNA(Adaptive Range DNA，简称ARDNA)软计算模型框架以及扫描探针显微镜(简称SPM)中压电执行器回滞非线性ARDNA建模及其补偿原理。基于基本回滞算子的线性叠加构建压电执行器回滞非线性模型结构，采用ARDNA软计算方法，同时优化模型结构(指简单回滞算子的个数及其阈值)和参数(指每个回滞算子的加权值)，建立最优的压电执行器回滞非线性模型。通过设计单位反馈控制器构建其逆模型，而压电执行器与其逆模型串联，由逆模型荻取参考位移所对应的理想激励电压，从而确保压电执行器输出跟踪参考位移，实现回滞非线性实时补偿。数字仿真结果表明了压电执行器回滞非线性建模及其补偿方法的有效性。本文的方法对形状记忆合金SMA(Shape Memory Alloy)、磁流变液体(Magnetorheological Fluids)等材料的回滞非线性建模和补偿也具有参考价值。     

基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164μm。     

基于PI迟滞模型的压电陶瓷复合控制算法研究

为减小压电陶瓷的迟滞非线性对系统跟踪精度的影响,该文采用经典的存在逆解析的PI迟滞模型对压电陶瓷的迟滞特性进行建模,将PI模型的逆模型用于压电陶瓷的前馈控制算法中,然后设计了神经元比例、积分、微分(PID)反馈控制算法,将前馈控制算法与神经元PID反馈控制算法结合得到了压电陶瓷的复合控制算法。将仅含前馈的控制算法和复合控制算法在压电陶瓷的控制器上执行,实验结果表明,仅含前馈的控制算法的跟踪误差为1.256 μm,而复合控制算法的跟踪误差仅为0.092 μm,该复合控制算法使跟踪精度提高了1.164 μm。     

压电微操作器的混合灵敏度H∞控制

针对压电微操作器的迟滞非线性补偿问题,采用PrandtlIshlinskii(PI)法建立了描述微操作器迟滞非线性特性的迟滞模型,并设计其前馈控制器。首先通过将系统逆补偿输出线性化,设计混合灵敏度H_∞控制器,使系统具有较好的动静态特性。其次搭建了由多自由度微动平台和末端柔性操作臂构成的压电微操作器系统,并进行一系列测控实验。结果表明,基于PI逆模型的前馈控制可以较好地补偿压电微操作器的迟滞非线性,在最大输出位移125 μm的情况下,最大迟滞非线性率由21.7%降低至7.4%。同时混合灵敏度H_∞控制能以较小的相对控制误差实现对不同类型和频率的参考轨迹跟踪,甚至微操作器动力学参数发生变化时,仍然具有较好的控制效果,证实了所提出控制器的可行性。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15 μm的范围内,最大拟合误差小于0.2 μm ;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12 nm,表明该复合控制方法的有效性。     

压电陶瓷迟滞建模及控制仿真

为了提高压电陶瓷驱动器在调节光学谐振腔长度时的精度,设计了一种压电陶瓷驱动系统。同时,为了改善压电陶瓷的迟滞特性,利用Duhem迟滞模型对其进行建模,利用梯度下降法对模型参数进行辨识,得到迟滞模型;并利用逆模型补偿及比例、积分、微分(PID)复合控制方法进行控制。实验结果表明,Duhem模型可以有效地拟合压电陶瓷驱动器的迟滞,在15μm的范围内,最大拟合误差小于0.2μm;同时,在复合控制下,驱动器的最大控制误差为12nm,表明该复合控制方法的有效性。     

新型柔性放大机构的动力学前馈复合控制方法

纳米级精度微位移驱动与控制通常使用压电陶瓷驱动器驱动柔性机构来实现.但是压电陶瓷驱动器行程较小,需要使用柔性放大机构对其位移进行放大,并且压电陶瓷驱动器存在蠕变和迟滞等非线性特性,而这些非线性特性极大影响了其输出位移经放大机构放大后的运动精度.针对以上两点,将传统桥式机构的4条桥臂用Scott-Russell机构代替,设计了一种新型柔性放大机构.同时,采用基于动力学逆模型前馈控制与PID反馈控制相结合的复合控制策略,提升放大机构的控制带宽和运动精度.实验结果表明,复合控制策略在1 Hz输入频率下的均方根跟踪误差相较传统PID反馈控制降低了33％,在10 Hz下降低了73％,说明了基于动力学逆模型前馈控制同PID反馈控制相结合的复合控制能够大幅度提高放大机构的跟踪精度.     

一种新型驱动器

介绍了一种新型压电驱动器含金属芯压电陶瓷纤维(MPF),推导了MPF的驱动电压与位移关系,运用ABAQUS软件对MPF进行了有限元仿真,并将MPF在不同驱动电压下的位移进行了理论值和仿真值的对比,验证了所推导公式中响应位移和驱动电压关系的正确性。通过实验测试了MPF的迟滞特性,并设计了迟滞逆模型开环控制、迟滞逆模型结合比例、积分和微分(PID)的两种控制方法对MPF进行了迟滞补偿控制。实验表明,复合控制的效果较好,MPF迟滞得到了很好补偿,使输入和输出呈线性,实现了高于10nm的高精度定位。复合控制的实验结果也进一步验证了MPF位移公式的正确性。     

基于并联FIR滤波器组的Hammerstein预失真器

采用预失真技术对功率放大器的记忆非线性失真进行补偿的关键是预失真器建模的准确性,尤其是模型对功率放大器逆记忆特性的描述能力。针对目前预失真器模型对功率放大器逆记忆效应描述不充分的问题,提出了将查找表(LUT)级联一个具有并联结构的有限长单位冲激响应(FIR)滤波器组作为实现形式的Hammerstein预失真器,以提高传统Hammerstein预失真器的补偿性能,并采用一种两步算法对其参数进行辨识。仿真实验表明,提出的Hammerstein预失真器能更好地补偿带强记忆效应的功率放大器的非线性失真。     

基于DSP+FPGA的高速数字信号处理平台的电源设计

介绍了一种高速数字信号处理平台的电源设计实现方案,主要是基于FPGA DSP的结构实现高速数字信号处理。该方案采用先进的FPGA,DA转换器和DSP芯片,通过对DSP芯片和FPGA芯片及DA芯片的正确供电和电源监控来实现具有通用性、可扩充性的硬件平台,并对电源设计中的多项关键参数进行分析与阐述。     

基于GRU神经网络的晶圆测试工艺控制方法

压电驱动器位移输出的非线性特性,如迟滞的记忆特性及速率相关性,使压电驱动器的建模与控制较难.该文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的新型位移输出控制方法.建立相应的位移输出实验平台来验证和分析压电驱动器的滞后现象.使用GRU模拟滞后的内存特性及采用两个全连接层来模拟速率依赖性.该模型是一个端到端系统,其中压电陶瓷和位...     

基于DSP和FPGA的红外信息数据处理系统

针对红外制导控制信息数据处理系统的功能分析,提出了采用DSP+FPGA的设计方案,即一种基于TMS320C6414与XC2V2000-FG676的信息数据处理系统设计方案,并从工作原理、硬件以及软件3个方面介绍了该系统的设计和实现方法。由DSP完成图像采集单元的信号采集及处理,由FPGA逻辑设计完成主机控制电路功能部分。本设计具有较高的通用性和可靠性,在红外成像导引系统中具有较高的实用价值和应用前景。     

基于模糊神经网络的石英加速度计的温度控制

提出了基于模糊神经网络的石英加速度计的温度控制系统.该系统包括模糊神经网络的温度控制软件设计和基于数字信号处理器和可编程逻辑器件(DSP+ FPGA)硬件开发平台的电路设计.模糊神经网络的反向学习过程采用离线学习方法在matlab7.0中进行;根据所设置的样本点对网络参数进行训练,然后把参数训练好的模糊控制程序写入温度控制单元DSP6713中,实现系统的温度控制.实验结果表明,该系统具有响应速度快,稳定性好,控制精度高等优点,其温度控制精度达到0.2℃,满足系统的实际应用要求.     

基于软件无线电的罗盘激励器系统设计

为了对某型无线电罗盘系统的性能进行调试与维护,提出了一种基于软件无线电思想的罗盘激励器的设计方案。对罗盘信号的结构和特点进行了分析,并重点对罗盘激励器的硬件和软件设计进行了介绍。系统硬件采用FPGA+DSP的方案,能够实现高速的运算和处理。软件部分则以DDS技术为核心,并通过调用FPGA的各种IP Core实现对罗盘信号的模拟输出。经过测试,采用该方案的罗盘激励器系统工作稳定,输出精度高,达到了各项指标的要求。     

一种硬件实现的数字语音网络会议终端

数字语音网络会议系统是专用的会议系统。介绍了数字语音网络会议终端硬件平台的设计和实现，提出了DSP＋FPGA的硬件结构，DSP中的软件基于DSP／BIOS实时操作系统开发，由FPGA完成网络通信硬件功能。     

基于DSP＋FPGA的数字导弹飞控计算机设计

针对在舵机、导引头、惯导等弹上设备日益数字化的趋势下飞控系统的需求,提出了一种基于DSP＋FPGA结构的通用飞控计算机平台.DSP＋FPGA结构能发挥两种处理芯片各自的优势,而且具有良好的通用性和扩展性.针对多个外部设备数据同步问题,采用2个双端口RAM交替工作的方法,保证各弹上设备数据帧的同步和完整连续.通过半实物仿真系统的验证,飞控计算机性能良好,性能满足设计要求.     

压电微角度驱动器及其闭环控制检测系统

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料,满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器(DSP)实现对运动系统的控制,提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例-积分-微分(PID)闭环控制,提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中,通过集成在驱动器上的圆光栅,将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示,另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3%。     

基于DSP Builder的带宽自适应全数字锁相环的设计与实现

提出一种设计全数字锁相环的新方法,采用基于PI控制算法的环路滤波器,在分析模拟锁相环系统的数学模型的基础上,建立了带宽自适应全数字锁相环的数学模型。使用DSP Builder在Matlab/Simulink环境下搭建系统模型,并采用FPGA实现了硬件电路。软件仿真和硬件测试的结果证明了该设计的正确性和易实现性。该锁相环具有锁频速度快、频率跟踪范围宽的特点。同时,系统设计表明基于DSP Builder的设计方法可缩短设计周期,提高设计的灵活性。     

斐索干涉仪中压电陶瓷的非线性校正

相移器是斐索干涉仪的核心部件,其关键为压电陶瓷(PZT)致动器,而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度,对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统,利用National Instruments（NI）动态数据采集设备（PCIe 6321）、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号,利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次,提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后,在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明,校正后,相移器的相移误差可被改善,校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性,从而降低非线性相移对测量结果的影响,满足检测光学元件面形的高精度要求。     

基于DSP Builder的AM信号发生器的设计

系统采用DDS技术,利用Matlab/DSP Builder建立AM信号发生器模型,并在DSP Builder平台上完成系统的编译与仿真,经验证该系统可以实现调幅功能。最后用ALTERA公司的cyclone系列的FPGA芯片EP2C35F484C6实现AM信号发生器。