基于增量PID的压电微位移器驱动控制系统开发

　　基于压电驱动器的微位移器( 简称“压电微位移器”) 是随着压电材料技术的发展及实际应用的需求而逐步发展起来的一门新技术，融合了材料技术、测量技术、控制技术等。其工作原理是利用压电材料的逆压电效应[1]，通过对压电材料施加激励电压来实现对微位移量的控制。压电微位移器具有控制精度高、响应速度快、功率消耗低、结构设计灵活等特点，广泛应用于航空航天、国防军工、医疗器械等领域的各种微位移工作台、超精密定位等场合。

　　国内外研究学者对压电微位移器进行了一系列研究工作，目前主要集中在对压电材料驱动性能以及各类微位移实验系统的开发研究上。如哈尔滨工业大学王晓慧、袁哲俊等人[2]对作为新型微位移器件的压电和电致伸缩材料的机电耦合效应进行了研究，并通过实验曲线对两种材料特性进行了分析，指出了各自的适用范围; 南京理工大学芮小健及南京航空航天大学张幼桢等人[3]对压电陶瓷微位移器的动、静态特性及其测量方法和实际测量系统进行了研究，并通过实验对逆压电效应型和电致伸缩型微位移器的性能进行了研究; 哈尔滨工业大学孙涛等人[4]对压电陶瓷微位移驱动器用于超精密二维柔性微定位系统的几个关键技术进行了理论分析和实验研究，得到了二维微定位系统的双向静态、动态特性曲线; 中科院长春光机所贾宏光等人[5]在线性化前提下对压电驱动微位移工作台的各部分进行了简化，对其动态特性进行了分析，并得出其传递函数; 浙江大学陈超等人[6]基于电感测微仪研制了一套压电陶瓷在外加激励电压作用下的微位移测试系统，测试结果表明了外加激励电压与压电陶瓷伸缩量之间成一条曲线，而非简单线性关系; 天津大学于思远等人[6]则基于压电陶瓷研制了一套用于纳米磨削的微位移系统，对该微位移驱动系统及其驱动电源的设计原理进行了说明。

　　通过对压电材料驱动特性的系统分析不难得知，压电驱动器用作微位移器的主要困难在于其驱动机电特性具有一定的非线性特性，对于一般位移控制精度的应用可以通过非线性特性曲线拟合来实现，而对于位移控制精度要求较高的场合则需要通过控制系统来实现。这是压电微位移器在工程应用中的重要研究内容。

　　与其他研究工作相比，对压电微位移器的位移驱动控制系统研究相对较少，且不系统。为此，笔者将对压电微位移器的驱动控制系统进行系统地研究，以便为各类压电微位移器实现高精度位移控制提供一套有效而简便的控制方案。

　　1 压电微位移器驱动控制系统概述