应用案例

【概述】

本研究中使用Aigtek安泰ATA-2041高压放大器，搭建压电MFC执行器致动的柔性悬臂梁主动控制实验装置，为压电MFC执行器致动系统的宽频带高精度非线性控制提供实验支撑。

实验名称：基于EMD综合模型的压电MFC执行器致动的柔性悬臂梁宽频带线性化控制

实验目的：验证基于MPI模型的前馈和复合线性化控制方法能否有效降低压电MFC执行器低频迟滞特性对柔性悬臂梁输出位移精度的影响，同时验证基于EMD综合模型的前馈和复合线性化控制方法能否补偿宽频带内迟滞、蠕变及结构动力学特性的综合影响，通过对比两种控制方法中前馈与复合控制的效果，实现柔性悬臂梁宽频带输入-输出关系的线性化，提升其输出位移精度，为压电MFC执行器致动系统的宽频带高精度非线性控制提供实验支撑。

测试设备：ATA-2041高压放大器、压电MFC执行器致动的柔性悬臂梁、计算机、测振仪控制器、实时仿真系统、测振仪光学头。

实验过程：搭建了压电MFC执行器致动的柔性悬臂梁主动控制实验装置，先通过MPSO算法确定基于MPI模型的前馈和复合线性化控制器，在低频驱动信号下测试并验证其对迟滞特性的补偿效果；再建立基于EMD综合模型的控制方法，将动态力学模型简化为四阶模型并构建伪逆模型，整定PI反馈参数，在5-30Hz宽频带谐波信号下测试，对比未控制、前馈及复合控制的滞回曲线与线性化误差，验证两种控制方法在低频和宽频带场景下的有效性。

图1：系统控制框图

图2：实验平台

实验结果：

1、基于MPI模型的前馈和复合线性化控制均能有效降低压电MFC执行器低频迟滞特性对柔性悬臂梁输出位移精度的影响，且复合控制的非线性度降低效果更优。

2、基于EMD综合模型的前馈和复合线性化控制可有效补偿宽频带内迟滞、蠕变及结构动力学特性的综合影响，实现柔性悬臂梁宽频带输入-输出关系的线性化。

3、基于EMD综合模型的复合控制相较于前馈控制，在不同驱动电压频率下非线性度最大降低50.69%、最小降低22.19%，宽频带线性化控制精度更优。

4、柔性悬臂梁动态力学模型由七阶简化为四阶后，与实验数据在幅频和相频响应上仍保持较高吻合度，可稳定用于宽频带线性化控制。

5、反馈回路的引入能有效消除前馈控制中因模型误差和外界干扰产生的偏置误差，但在驱动电压频率较高时，反馈控制的实时性会对控制精度产生一定影响

图3：七阶系统、四阶系统和实验数据的频率响应对比曲线

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1.高电压输出能力——提供MFC执行器致动所需的高强度驱动电场

2.宽频带与高压摆率——精准复现宽频带谐波信号，保障动态力学模型验证准确性

3.低失真与高输出稳定性——保障前馈与复合控制对比实验中激励条件的纯净性与可重复性

【推荐产品】：ATA-2041高压放大器

图：ATA-2041高压放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

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