كنترل مقاوم موقعيت عملگر پيزوالكتريك با استفاده از خاصيت خود حسگري

Robust Position Control of Piezoelectric Actuator Using Self sensing Actuation

عملگرهاي پيزوالكتريك ميكروني عليرغم داشتن خواص فوق العاده از قبيل رزولوشن بالا، پاسخ سريع، بازه فركانسي كاري گسترده، سختي بالا، حجم كم و ساختار مكانيكي ساده، داراي رفتار غير خطي هستند كه دستيابي به دقت مورد نياز را با چالش مواجه ميسازد. وجود هيسترزيس ميان ولتاژ اعمالي و موقعيت عملگر، مهمترين رفتار غير خطي است كه در صورت عدم جبران، منجر به بروز خطاي قابل ملاحظه اي در موقعيت دهي ميگردد. در اين مقاله از يك كنترلر مقاوم مود لغزشي در تركيب با روئيتگر اغتشاش نامعلوم براي كنترل موقعيت ميكروني استفاده شده است. علاوه بر اين از يك مدار خودحسگري فعال نيز براي تخمين موقعيت عملگر در كنترلر حلقه بسته استفاده شده است. روش خودحسگري مورد استفاده بر مبناي رابطه خطي بين بار الكتريكي صفحات الكترودها و موقعيت عملگر است. مهمترين مزاياي روش پيشنهادي عبارتند از: عدم نياز به حسگر موقعيت خارجي، عدم استفاده از اپراتوري براي مدلسازي هيسترزيس (و عكس آن) و دقت بالاتر و عملكرد بهتر نسبت به كنترلرهاي متداول سنتي مثل تناسبي- انتگرالي. نتايج تجربي به دست آمده دقت بالاي روش پيشنهادي در موقعيت دهي ميكروني را تاييد ميكند.

Piezoelectric actuators (PA) are widely used in electromechanical systems due to interesting properties such as: high resolution, fast response, wide bandwidth, mechanical simplicity, high stiffness. Despite these unique desirable properties, they suffer from nonlinear behaviors which adversely affect the positioning accuracy. Among them, hysteresis between applied voltage and actuator position is the most important nonlinearity which can lead to significant error if not compensated. In this study, a sliding mode controller associated with an unknown input observer, which uses the position feedback provided by a selfsensing circuit, is suggested for use in micro positioning applications. The selfsensing technique is based on the linear relation between position and charge, which is measured by an active charge measurement circuit. The advantages of proposed scheme could be summarized as follows. It is a sensorless method which does not need an external position sensor. It does not need any operators to model hysteresis or its inverse. It has improved performance in comparison to traditional controllers like proportional integral (PI) controller. Obtained experimental results demonstrate the effectiveness of proposed method to use in micro-positioning applications.