مدل‌سازي و جبران نشت بار در تخمين موقعيت به كمك خودحسگري براي عملگرهاي پيزوالكتريك

امروزه عملگرهاي پيزوالكتريك به‌دليل داشتن ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي همچون دقت بسيار زياد، پاسخ سريع و فركانس طبيعي بالا، به‌صورت گسترده‌اي در كاربردهاي موقعيت‌دهي ميكروني مورد استفاده قرار مي‌گيرند. علي‌رغم ويژگي‌هاي مطلوب عملگرهاي پيزوالكتريك، وجود رفتار غيرخطي همانند هيسترزيس، مي‌تواند دقت اين نوع عملگرها را كاهش دهد. به همين دليل به‌منظور كاهش اثر رفتار هيسترزيس در كاربردهاي كنترلي، از بازخورد موقعيت با استفاده از حسگرهاي خارجي استفاده مي‌شود. اما استفاده از اين حسگرها در بسياري از كاربردها به‌دليل محدوديت فضا و همچنين هزينه بالا، امكان‌پذير نيست. از اين رو، با توجه به وابستگي خواص الكتريكي و مكانيكي در مواد پيزوالكتريك، مي‌توان از روش خودحسگري به‌عنوان راه‌حلي جايگزين استفاده نمود. در اين پژوهش، از روش خودحسگري به‌منظور تخمين موقعيت در عملگرهاي پيزوالكتريك استفاده شده است. متداول‌ترين روش براي پياده‌سازي سيستم خودحسگري براي عملگرهاي پيزوالكتريك، بر مبناي رابطه خطي بار الكتريكي و موقعيتِ عملگرهاي پيزو است؛ به اين صورت كه با اندازه‌گيري بار الكتريكي عملگر، موقعيت آن تخمين زده مي‌شود. اما اين روش، به‌علت نشتي بار الكتريكي به خصوص در فركانس‌هاي پايين با چالش جدي همراه است كه دقت تخمين موقعيت را از بين مي‌برد. به همين منظور، ابتدا روشي جهت مدل‌سازي و جبران نشتي بار در خروجي عملگر پيزوالكتريك، پيشنهاد مي‌شود. پس از خطي‌سازي رابطه بار الكتريكي و موقعيت، سيستم خودحسگري بر مبناي اندازه‌گيري بار الكتريكي عملگر، پياده‌سازي مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه اين روش، با خطاي اندك ۱/۵% مي‌تواند موقعيت عملگر را در حضور نشتي بار تخمين بزند.