مدل سازی و جبران نشت بار در تخمین موقعیت به کمک خودحسگری برای عملگرهای پیزوالکتریک

امروزه عملگرهای پیزوالکتریک به دلیل داشتن ویژگی های منحصربه فردی همچون دقت بسیار زیاد، پاسخ سریع و فرکانس طبیعی بالا، به صورت گسترده ای در کاربردهای موقعیت دهی میکرونی مورد استفاده قرار می گیرند. علی رغم ویژگی های مطلوب عملگرهای پیزوالکتریک، وجود رفتار غیرخطی همانند هیسترزیس، می تواند دقت این نوع عملگرها را کاهش دهد. به همین دلیل به منظور کاهش اثر رفتار هیسترزیس در کاربردهای کنترلی، از بازخورد موقعیت با استفاده از حسگرهای خارجی استفاده می شود. اما استفاده از این حسگرها در بسیاری از کاربردها به دلیل محدودیت فضا و همچنین هزینه بالا، امکان پذیر نیست. از این رو، با توجه به وابستگی خواص الکتریکی و مکانیکی در مواد پیزوالکتریک، می توان از روش خودحسگری به عنوان راه حلی جایگزین استفاده نمود. در این پژوهش، از روش خودحسگری به منظور تخمین موقعیت در عملگرهای پیزوالکتریک استفاده شده است. متداول ترین روش برای پیاده سازی سیستم خودحسگری برای عملگرهای پیزوالکتریک، بر مبنای رابطه خطی بار الکتریکی و موقعیت عملگرهای پیزو است؛ به این صورت که با اندازه گیری بار الکتریکی عملگر، موقعیت آن تخمین زده می شود. اما این روش، به علت نشتی بار الکتریکی به خصوص در فرکانس های پایین با چالش جدی همراه است که دقت تخمین موقعیت را از بین می برد. به همین منظور، ابتدا روشی جهت مدل سازی و جبران نشتی بار در خروجی عملگر پیزوالکتریک، پیشنهاد می شود. پس از خطی سازی رابطه بار الکتریکی و موقعیت، سیستم خودحسگری بر مبنای اندازه گیری بار الکتریکی عملگر، پیاده سازی می شود. نتایج نشان می دهد که این روش، با خطای اندک ۱/۵% می تواند موقعیت عملگر را در حضور نشتی بار تخمین بزند.

کلیدواژه ها:

Piezoelectric Actuator ، Self-Sensing ، Position Estimation ، Charge Leakage ، عملگر پیزوالکتریک ، خودحسگری ، تخمین موقعیت ، نشت بار