CN114779619A - 一种自反馈式压电驱动控制方法 - Google Patents

一种自反馈式压电驱动控制方法 Download PDF

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CN114779619A CN202210323447.7A CN202210323447A CN114779619A CN 114779619 A CN114779619 A CN 114779619A CN 202210323447 A CN202210323447 A CN 202210323447A CN 114779619 A CN114779619 A CN 114779619A
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Abstract

本发明提供一种自反馈式压电驱动控制方法。建立压电驱动闭环控制系统，采集超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号；建立控制系统的力观测器，使其估算电机的预紧力与驱动力；利用控制系统的动子速度观测器估算出动子实时速度值；利用最小二乘支持向量机算法对控制系统的控制器参数进行离线整定，通过控制系统的非线性PID控制器解算控制电压；利用控制系统的驱动器产生驱动电压，将驱动电压信号接入电机，完成闭环控制。用以解决依赖位移或速度传感器的压电驱动闭环控制中存在的动态响应速度与反馈精度降低，系统复杂性增加，维护成本增加，无法发挥超声电机结构紧凑优势的问题。

Description

一种自反馈式压电驱动控制方法
技术领域
本发明涉及压电驱动控制技术领域，特别涉及一种自反馈式压电驱动控制方法。
背景技术
作为压电电机的一种，超声电机具有结构简单、定位精度高、断电自锁、低噪声、无电磁干扰等特点，在航空航天、通信工程等精密定位领域具有较大的优势。由于超声电机涉及到定子振动、动定子非线性接触、摩擦驱动特性等多方面的问题，很难全面、准确地建立超声电机性能的动力学模型。因此传统的闭环控制策略依赖于实时采集位置或速度信号，但是位移或速度传感器的安装会影响动态响应速度与反馈精度，增加了系统的复杂性，同时也增加了维护成本，无法发挥超声电机结构紧凑的优势。对于永磁电机来说，无速度传感控制技术已经逐渐成熟，但是目前对于超声电机的无速度传感控制技术的研究还比较少。
发明内容
本发明提供一种自反馈式压电驱动控制方法，用以解决依赖位移或速度传感器的压电驱动闭环控制中存在的动态响应速度与反馈精度降低，系统复杂性增加，维护成本增加，无法发挥超声电机结构紧凑优势的问题；利用力观测器与速度观测器估计驱动力与速度，与传统的压电驱动闭环控制系统相比，无附加的速度传感器，可以有效提高压电驱动系统的动态响应速度，增加了系统带宽与可靠性，保证了电机结构紧凑的优势。
本发明通过以下技术方案实现：
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：建立压电驱动闭环控制系统，采集超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号；
步骤2：利用步骤1采集的超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号，建立控制系统的力观测器，使其估算电机的预紧力与驱动力；
步骤3：基于步骤2估算的电机预紧力与驱动力，利用控制系统的动子速度观测器估算出动子实时速度值；
步骤4：基于步骤3的动子实时速度值，利用最小二乘支持向量机算法对控制系统的控制器参数进行离线整定，通过控制系统的非线性PID控制器解算控制电压；
步骤5：基于步骤4的控制电压，利用控制系统的驱动器产生驱动电压，将驱动电压信号接入电机，完成闭环控制。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤1具体为，所述控制系统包括非线性PID控制器、驱动器、超声电机、动子、力观测器与速度观测器；
所述自反馈式超声电机表面具有1～4四个电极分区，其中1分区与3分区短接，1分区引出导线作为电机的A相；2分区与4分区短接，2分区引出导线作为电机的B相；所述电机的背板接地，通过电压传感器来采集电机A相施加的驱动电压信号uA，通过电荷放大电路与滤波电路来采集电机B相的自反馈电压信号uB。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤2具体为，将所采集的自反馈电压信号uB作为输入，估算所述电机的纵向模态坐标
Figure BDA0003572598500000021
横向模态坐标
Figure BDA0003572598500000022
与横向模态坐标的一阶导数
Figure BDA0003572598500000023
Figure BDA0003572598500000024
Figure BDA0003572598500000025
Figure BDA0003572598500000026
其中，UB、f与
Figure BDA0003572598500000027
分别为自反馈电压信号uB的幅值、频率与相位；转换系数
Figure BDA0003572598500000028
电压转换系数
Figure BDA0003572598500000029
电机B相等效电容
Figure BDA00035725985000000210
e31与ε为所述电机的压电常数与介电常数；l2、l1与l3分别为所述电机的长度、宽度与厚度，均为已知参数；
根据所估算的电机的纵向模态坐标
Figure BDA00035725985000000211
建立力观测器来实时估算所述电机的预紧力
Figure BDA00035725985000000212
Figure BDA00035725985000000213
其中，Fpreoad0为初始预紧力，k为所述电机与动子间的等效弹簧刚度系数，KL与αL为所述电机的纵向刚度系数与负荷系数，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所采集的电机A相施加的驱动电压信号uA，建立力观测器来实时估算所述电机的驱动力
Figure BDA00035725985000000214
Figure BDA00035725985000000215
其中，CB、KB、βB与αB分别为所述电机的横向阻尼系数、刚度系数、机电耦合系数与负荷系数，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤3具体为，将所估算的电机预紧力
Figure BDA0003572598500000031
与驱动力
Figure BDA0003572598500000032
作为输入，建立控制系统的速
Figure BDA0003572598500000033
度观测器来实时估算所述动子的实时速度
Figure BDA0003572598500000034
具体为，
Figure BDA0003572598500000035
其中，Mr与Cr分别为所述动子的质量与阻尼系数，c为与所述动子初始状态有关的系数值，Fload为所加负载力，k与Ts分别为电机系统的时间步与采样时间，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤4具体为，所述动子实时速度值包括速度值
Figure BDA0003572598500000036
与期望速度wref，基于速度值
Figure BDA0003572598500000037
与期望速度wref，得到速度偏差值
Figure BDA0003572598500000038
作为非线性PID控制器的输入，输出为控制电压ucontrol：
Figure BDA0003572598500000039
其中，比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd为
Kp(e(k))＝kp1+kp2[1-sech(kp3·e(k))]， (8)
Ki(e(k))＝ki1·sech(ki2·e(k))， (9)
Figure BDA00035725985000000310
其中，kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4均为正实常数，Kp的最大值与最小值为(kp1+kp2)与kp1，kp2、ki1与kd3分别为系数Kp、Ki与Kd的变化区间，kp3、ki2与kd4调整系数Kp、Ki与的变化的速率；
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤4中利用最小二乘支持向量机算法对控制器参数进行离线整定，即对PID控制器的参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4进行离线整定，对具体包括以下步骤：
步骤4.1：确定最小二乘支持向量机的结构；
步骤4.2：基于步骤4.1的结构，进行数据采集；
步骤4.3：将步骤4.2采集的数据分为训练集与验证集；
步骤4.4：将步骤4.3的训练集代入Lagrange线性方程；
步骤4.5：通过求解Lagrange线性方程得到偏差与算子的值；
步骤4.6：设定自反馈式压电驱动系统所期望输入层节点，预测PID控制器的九个参数；
步骤4.7：通过预测步骤4.6的输出得到控制电压ucontrol。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述最小二乘支持向量机的结构具体为，输入层节点数为4，包含自反馈式压电驱动系统的调整时间ts、上升时间tr、峰值时间tm与输出峰值Ym，输出层节点数为9，包含PID控制器的9个参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4；
采集数据集，通过给定不同的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，得到自反馈式压电驱动系统对应的ts、tr、tm与Ym，将数据集的80％作为训练集，剩余的20％作为验证集；
将训练集xi＝[ts,tr,tm,Ym]，yi＝[kp1,kp2,kp3,ki1,ki2,kd1,kd2,kd3,kd4]，i＝1,L m，m＝25为训练样本的数量，代入Lagrange线性方程
Figure BDA0003572598500000041
其中，γ＝100为正则化参数，I为单位矩阵，1＝[1,1,L,1]，输出矩阵y＝[y1,L,ym]，核函数Kij＝exp(-|xi-xj|2/2σ2)，i,j＝1,L m与输入矩阵x＝[x1,L,xm]有关，σ＝0.2为核宽度，通过求解公式得到偏差b与算子α＝[α1,α2Lαm]T的值；
设定自反馈式压电驱动系统所期望的调整时间t′s、上升之间t′r、峰值时间t′m与输出峰值Y′m作为输入x′＝[t′s,t′r,t′m,Y′m]，基于辨识出的b与α1,α2Lαm预测PID控制器的九个参数，
Figure BDA0003572598500000042
其中，K(x′,x′i)＝exp(-|x′-x′i|2/2σ2)，i＝1,L m，y′＝[k′p1,k′p2,k′p3,k′i1,k′i2,k′d1,k′d2,k′d3,k′d4]为预测输出，将预测输出分别代入的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，确定非线性PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd，利用公式就得到控制电压ucontrol。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤5具体为，将步骤4所得到的控制电压ucontrol输入步骤1控制系统的驱动器，产生驱动电机的电压信号，完成闭环控制。
本发明的有益效果是：
本发明利用自反馈技术，避免了速度传感器，有效改善压电驱动控制系统的动态响应速度，速度稳态跟踪精度高，增加了系统带宽与可靠性，保证了电机结构紧凑的优势。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所涉及的自反馈式超声电机的结构示意图。
图3是本发明的基于最小二乘支持向量机参数整定的非线性PID控制器的示意图。
图4是本发明的方法流程图。
图5是两种控制方法的动子速度输出结果示意图。其中，图5-(a)是本发明的结果，图5-(b)是采用速度传感器的压电驱动控制方法的结果。
图6是两种控制方法的动子速度与给定的速度值之间的误差示意图。其中，图6-(a)是本发明的结果，图6-(b)是采用速度传感器的压电驱动控制方法的结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：建立压电驱动闭环控制系统，采集超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号；
步骤2：利用步骤1采集的超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号，建立控制系统的力观测器，使其估算电机的预紧力与驱动力；
步骤3：基于步骤2估算的电机预紧力与驱动力，利用控制系统的动子速度观测器估算出动子实时速度值；
步骤4：基于步骤3的动子实时速度值，利用最小二乘支持向量机算法对控制系统的控制器参数进行离线整定，通过控制系统的非线性PID控制器解算控制电压；
步骤5：基于步骤4的控制电压，利用控制系统的驱动器产生驱动电压，将驱动电压信号接入电机，完成闭环控制。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤1具体为，所述控制系统包括非线性PID控制器、驱动器、超声电机、动子、力观测器与速度观测器；
所述自反馈式超声电机如图2所示，电机表面具有1～4四个电极分区，其中1分区与3分区短接，1分区引出导线作为电机的A相；2分区与4分区短接，2分区引出导线作为电机的B相；所述电机的背板接地，通过电压传感器来采集电机A相施加的驱动电压信号uA，通过电荷放大电路与滤波电路来采集电机B相的自反馈电压信号uB。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤2具体为，将所采集的自反馈电压信号uB作为输入，估算所述电机的纵向模态坐标
Figure BDA0003572598500000061
横向模态坐标
Figure BDA0003572598500000062
与横向模态坐标的一阶导数
Figure BDA0003572598500000063
Figure BDA0003572598500000064
Figure BDA0003572598500000065
Figure BDA0003572598500000066
其中，UB、f与
Figure BDA0003572598500000067
分别为自反馈电压信号uB的幅值、频率与相位；转换系数
Figure BDA0003572598500000068
电压转换系数
Figure BDA0003572598500000069
电机B相等效电容
Figure BDA00035725985000000610
e31与ε为所述电机的压电常数与介电常数；l2、l1与l3分别为所述电机的长度、宽度与厚度，均为已知参数；
根据所估算的电机的纵向模态坐标
Figure BDA00035725985000000611
建立力观测器来实时估算所述电机的预紧力
Figure BDA00035725985000000612
Figure BDA00035725985000000613
其中，Fpreoad0为初始预紧力，k为所述电机与动子间的等效弹簧刚度系数，KL与αL为所述电机的纵向刚度系数与负荷系数，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所采集的电机A相施加的驱动电压信号uA，建立图1所述的力观测器来实时估算所述电机的驱动力
Figure BDA00035725985000000614
Figure BDA00035725985000000615
其中，CB、KB、βB与αB分别为所述电机的横向阻尼系数、刚度系数、机电耦合系数与负荷系数，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤3具体为，将所估算的电机预紧力
Figure BDA0003572598500000071
与驱动力
Figure BDA0003572598500000072
作为输入，建立控制系统的速度观测器来实时估算所述动子的实时速度
Figure BDA0003572598500000073
具体为，
Figure BDA0003572598500000074
其中，Mr与Cr分别为所述动子的质量与阻尼系数，c为与所述动子初始状态有关的系数值，Fload为所加负载力，k与Ts分别为电机系统的时间步与采样时间，均为已知参数。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤4具体为，步骤一所述的非线性PID控制器的具体结构及参数如图3所示。所述动子实时速度值包括速度值
Figure BDA0003572598500000075
与期望速度wref，基于速度值
Figure BDA0003572598500000076
与期望速度wref，得到速度偏差值
Figure BDA0003572598500000077
作为如图3所示的非线性PID控制器的输入，输出为控制电压ucontrol：
Figure BDA0003572598500000078
其中，比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd为
Kp(e(k))＝kp1+kp2[1-sech(kp3·e(k))]， (8)
Ki(e(k))＝ki1·sech(ki2·e(k))， (9)
Figure BDA0003572598500000079
其中，kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4均为正实常数，Kp的最大值与最小值为(kp1+kp2)与kp1，kp2、ki1与kd3分别为系数Kp、Ki与Kd的变化区间，kp3、ki2与kd4调整系数Kp、Ki与的变化的速率；
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤4中利用最小二乘支持向量机算法对控制器参数进行离线整定，即对PID控制器的参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4进行离线整定，对具体包括以下步骤：
步骤4.1：确定最小二乘支持向量机的结构；
步骤4.2：基于步骤4.1的结构，进行数据采集；
步骤4.3：将步骤4.2采集的数据分为训练集与验证集；
步骤4.4：将步骤4.3的训练集代入Lagrange线性方程；
步骤4.5：通过求解Lagrange线性方程得到偏差与算子的值；
步骤4.6：设定图1所示的自反馈式压电驱动系统所期望输入层节点，预测PID控制器的九个参数；
步骤4.7：通过预测步骤4.6的输出得到控制电压ucontrol。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述最小二乘支持向量机的结构具体为，输入层节点数为4，包含图1所示的自反馈式压电驱动系统的调整时间ts、上升时间tr、峰值时间tm与输出峰值Ym，输出层节点数为9，包含PID控制器的9个参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4；
采集数据集，给定不同的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，得到图1所示的自反馈式压电驱动系统对应的ts、tr、tm与Ym，将数据集的80％作为训练集，剩余的20％作为验证集；
将训练集xi＝[ts,tr,tm,Ym]，yi＝[kp1,kp2,kp3,ki1,ki2,kd1,kd2,kd3,kd4]，i＝1,L m，m＝25为训练样本的数量，代入Lagrange线性方程
Figure BDA0003572598500000081
其中，γ＝100为正则化参数，I为单位矩阵，1＝[1,1,L,1]，输出矩阵y＝[y1,L,ym]，核函数Kij＝exp(-|xi-xj|2/2σ2)，i,j＝1,L m与输入矩阵x＝[x1,L,xm]有关，σ＝0.2为核宽度，通过求解公式得到偏差b与算子α＝[α1,α2Lαm]T的值；
设定图1所示的自反馈式压电驱动系统所期望的调整时间t′s、上升之间t′r、峰值时间t′m与输出峰值Y′m作为输入x′＝[t′s,t′r,t′m,Y′m]，基于辨识出的b与α1,α2Lαm预测PID控制器的九个参数，
Figure BDA0003572598500000082
其中，K(x′,x′i)＝exp(-|x′-x′i|2/2σ2)，i＝1,L m，y′＝[k′p1,k′p2,k′p3,k′i1,k′i2,k′d1,k′d2,k′d3,k′d4]为预测输出，将预测输出分别代入的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，确定非线性PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd，利用公式就得到控制电压ucontrol。
一种自反馈式压电驱动控制方法，所述步骤5具体为，将步骤4所得到的控制电压ucontrol输入步骤1控制系统的驱动器，产生驱动电机的电压信号，完成闭环控制。
如图5的(a)与(b)所示，分别是采用本专利所述的一种自反馈式压电驱动控制方法与采用速度传感器的压电驱动控制方法的动子速度输出结果，两种控制方案均采用步骤四所述的非线性PID控制器，采样周期均选择为10ms，给定的速度值wref＝80mm/s，负载力Fload＝2N。从图5可以看出，本专利所述的一种自反馈式压电驱动控制方法的动态响应时间为0.3s，远远快于采用速度传感器的压电驱动控制方法的3.3s，证明本专利所提出的一种自反馈式压电驱动控制方法能够有效改善压电驱动控制系统的动态响应速度，增加了系统带宽与可靠性，同时保证了电机结构紧凑的优势。
如图6的(a)与(b)所示，分别是在给定的速度值wref＝80mm/s下，采用本专利所述的一种自反馈式压电驱动控制方法，与采用速度传感器的压电驱动控制方法的动子速度与给定的速度值之间的误差结果。从图6可以看出，本专利所述的一种自反馈式压电驱动控制方法的稳态精度为0.1mm/s，采用速度传感器的压电驱动控制方法的稳态精度为0.4mm/s，证明本专利所提出的一种自反馈式压电驱动控制还具有高稳态速度跟踪精度的优势。

Claims (9)

1.一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1：建立压电驱动闭环控制系统，采集超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号；
步骤2：利用步骤1采集的超声电机的驱动电压信号与自反馈电压信号，建立控制系统的力观测器，使其估算电机的预紧力与驱动力；
步骤3：基于步骤2估算的电机预紧力与驱动力，利用控制系统的动子速度观测器估算出动子实时速度值；
步骤4：基于步骤3的动子实时速度值，利用最小二乘支持向量机算法对控制系统的控制器参数进行离线整定，通过控制系统的非线性PID控制器解算控制电压；
步骤5：基于步骤4的控制电压，利用控制系统的驱动器产生驱动电压，将驱动电压信号接入电机，完成闭环控制。
2.根据权利要求1所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，所述控制系统包括非线性PID控制器、驱动器、超声电机、动子、力观测器与速度观测器；
所述自反馈式超声电机表面具有1～4四个电极分区，其中1分区与3分区短接，1分区引出导线作为电机的A相；2分区与4分区短接，2分区引出导线作为电机的B相；所述电机的背板接地，通过电压传感器来采集电机A相施加的驱动电压信号uA，通过电荷放大电路与滤波电路来采集电机B相的自反馈电压信号uB。
3.根据权利要求2所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，将所采集的自反馈电压信号uB作为输入，估算所述电机的纵向模态坐标
Figure FDA0003572598490000011
横向模态坐标
Figure FDA0003572598490000012
与横向模态坐标的一阶导数
Figure FDA0003572598490000013
Figure FDA0003572598490000014
Figure FDA0003572598490000015
Figure FDA0003572598490000016
其中，UB、f与
Figure FDA0003572598490000017
分别为自反馈电压信号uB的幅值、频率与相位；转换系数
Figure FDA0003572598490000018
电压转换系数
Figure FDA0003572598490000019
电机B相等效电容
Figure FDA00035725984900000110
e31与ε为所述电机的压电常数与介电常数；l2、l1与l3分别为所述电机的长度、宽度与厚度，均为已知参数；
根据所估算的电机的纵向模态坐标
Figure FDA0003572598490000021
建立力观测器来实时估算所述电机的预紧力
Figure FDA0003572598490000022
Figure FDA0003572598490000023
其中，Fpreoad0为初始预紧力，k为所述电机与动子间的等效弹簧刚度系数，KL与αL为所述电机的纵向刚度系数与负荷系数，均为已知参数。
4.根据权利要求3所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所采集的电机A相施加的驱动电压信号uA，建立力观测器来实时估算所述电机的驱动力
Figure FDA0003572598490000024
Figure FDA0003572598490000025
其中，CB、KB、βB与αB分别为所述电机的横向阻尼系数、刚度系数、机电耦合系数与负荷系数，均为已知参数。
5.根据权利要求4所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，将所估算的电机预紧力
Figure FDA0003572598490000026
与驱动力
Figure FDA0003572598490000027
作为输入，建立控制系统的速度观测器来实时估算所述动子的实时速度
Figure FDA0003572598490000028
具体为，
Figure FDA0003572598490000029
其中，Mr与Cr分别为所述动子的质量与阻尼系数，c为与所述动子初始状态有关的系数值，Fload为所加负载力，k与Ts分别为电机系统的时间步与采样时间，均为已知参数。
6.根据权利要求4所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为，所述动子实时速度值包括速度值
Figure FDA00035725984900000210
与期望速度wref，基于速度值
Figure FDA00035725984900000211
与期望速度wref，得到速度偏差值
Figure FDA00035725984900000212
作为非线性PID控制器的输入，输出为控制电压ucontrol：
Figure FDA00035725984900000213
其中，比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd为
Kp(e(k))＝kp1+kp2[1-sech(kp3·e(k))]， (8)
Ki(e(k))＝ki1·sech(ki2·e(k))， (9)
Figure FDA0003572598490000031
其中，kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4均为正实常数，Kp的最大值与最小值为(kp1+kp2)与kp1，kp2、ki1与kd3分别为系数Kp、Ki与Kd的变化区间，kp3、ki2与kd4调整系数Kp、Ki与的变化的速率；
7.根据权利要求6所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤4中利用最小二乘支持向量机算法对控制器参数进行离线整定，即对PID控制器的参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4进行离线整定，对具体包括以下步骤：
步骤4.1：确定最小二乘支持向量机的结构；
步骤4.2：基于步骤4.1的结构，进行数据采集；
步骤4.3：将步骤4.2采集的数据分为训练集与验证集；
步骤4.4：将步骤4.3的训练集代入Lagrange线性方程；
步骤4.5：通过求解Lagrange线性方程得到偏差与算子的值；
步骤4.6：设定自反馈式压电驱动系统所期望输入层节点，预测PID控制器的九个参数；
步骤4.7：通过预测步骤4.6的输出得到控制电压ucontrol。
8.根据权利要求7所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述最小二乘支持向量机的结构具体为，输入层节点数为4，包含自反馈式压电驱动系统的调整时间ts、上升时间tr、峰值时间tm与输出峰值Ym，输出层节点数为9，包含PID控制器的9个参数kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4；
采集数据集，给定不同的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，得到自反馈式压电驱动系统对应的ts、tr、tm与Ym，将数据集的80％作为训练集，剩余的20％作为验证集；
将训练集xi＝[ts,tr,tm,Ym]，yi＝[kp1,kp2,kp3,ki1,ki2,kd1,kd2,kd3,kd4]，i＝1,L m，m＝25为训练样本的数量，代入Lagrange线性方程
Figure FDA0003572598490000032
其中，γ＝100为正则化参数，I为单位矩阵，1＝[1,1,L,1]，输出矩阵y＝[y1,L,ym]，核函数Kij＝exp(-|xi-xj|2/2σ2)，i,j＝1,L m与输入矩阵x＝[x1,L,xm]有关，σ＝0.2为核宽度，通过求解公式得到偏差b与算子α＝[α1,α2Lαm]T的值；
设定自反馈式压电驱动系统所期望的调整时间t′s、上升之间t′r、峰值时间t′m与输出峰值Y′m作为输入x′＝[t′s,t′r,t′m,Y′m]，基于辨识出的b与α1,α2Lαm预测PID控制器的九个参数，
Figure FDA0003572598490000041
其中，K(x′,x′i)＝exp(-|x′-x′i|2/2σ2)，i＝1,L m，y′＝[k′p1,k′p2,k′p3,k′i1,k′i2,k′d1,k′d2,k′d3,k′d4]为预测输出，将预测输出分别代入的kp1、kp2、kp3、ki1、ki2、kd1、kd2、kd3与kd4，确定非线性PID控制器的比例系数Kp，积分系数Ki与微分系数Kd，利用公式就得到控制电压ucontrol。
9.根据权利要求1所述一种自反馈式压电驱动控制方法，其特征在于，所述步骤5具体为，将步骤4所得到的控制电压ucontrol输入步骤1控制系统的驱动器，产生驱动电机的电压信号，完成闭环控制。
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