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

Abstract

امروزه عملگرهای پیزوالکتریک به‌دلیل داشتن ویژگی‌های منحصربه‌فردی همچون دقت بسیار زیاد، پاسخ سریع و فرکانس طبیعی بالا، به‌صورت گسترده‌ای در کاربردهای موقعیت‌دهی میکرونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. علی‌رغم ویژگی‌های مطلوب عملگرهای پیزوالکتریک، وجود رفتار غیرخطی همانند هیسترزیس، می‌تواند دقت این نوع عملگرها را کاهش دهد. به همین دلیل به‌منظور کاهش اثر رفتار هیسترزیس در کاربردهای کنترلی، از بازخورد موقعیت با استفاده از حسگرهای خارجی استفاده می‌شود. اما استفاده از این حسگرها در بسیاری از کاربردها به‌دلیل محدودیت فضا و همچنین هزینه بالا، امکان‌پذیر نیست. از این رو، با توجه به وابستگی خواص الکتریکی و مکانیکی در مواد پیزوالکتریک، می‌توان از روش خودحسگری به‌عنوان راه‌حلی جایگزین استفاده نمود. در این پژوهش، از روش خودحسگری به‌منظور تخمین موقعیت در عملگرهای پیزوالکتریک استفاده شده است. متداول‌ترین روش برای پیاده‌سازی سیستم خودحسگری برای عملگرهای پیزوالکتریک، بر مبنای رابطه خطی بار الکتریکی و موقعیتِ عملگرهای پیزو است؛ به این صورت که با اندازه‌گیری بار الکتریکی عملگر، موقعیت آن تخمین زده می‌شود. اما این روش، به‌علت نشتی بار الکتریکی به خصوص در فرکانس‌های پایین با چالش جدی همراه است که دقت تخمین موقعیت را از بین می‌برد. به همین منظور، ابتدا روشی جهت مدل‌سازی و جبران نشتی بار در خروجی عملگر پیزوالکتریک، پیشنهاد می‌شود. پس از خطی‌سازی رابطه بار الکتریکی و موقعیت، سیستم خودحسگری بر مبنای اندازه‌گیری بار الکتریکی عملگر، پیاده‌سازی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که این روش، با خطای اندک ۱/۵% می‌تواند موقعیت عملگر را در حضور نشتی بار تخمین بزند.