答辩博士：康升征
指导老师：吴洪涛教授/博导
论文题目：压电微定位系统非线性效应的建模与控制研究
答辩委员会：
主席：王兴松 教授/博导 东南大学
委员：孙 宇 教授/博导 南京理工大学
谭业发 教授/博导 陆军工程大学
何 斌 教授/博导 上海大学
陈 柏 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：姚佳烽 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2021年9月6日 9：00
答辩地点：远程视频答辩（腾讯会议）
学位论文简介：
论文以六自由度压电柔性并联微定位平台作为研究对象，围绕系统中存在的蠕变、迟滞、振动、交叉耦合等非线性效应影响定位精度这一共性问题，系统地探讨了这些非线性的作用机理，提出了相应的建模与控制方法，搭建了实验测试平台，并验证了模型及控制方法的有效性。
论文的主要研究工作及创新点如下：
（1）研究了压电作动器非线性迟滞建模问题，提出了一种分数阶归一化Bouc-Wen模型及其逆模型前馈补偿方法。解决了传统Bouc-Wen模型中存在参数冗余问题，并同时实现了非对称、率相关特性。实验结果验证了所设计模型的正确性及在迟滞补偿方面的有效性和优越性。
（2）提出了一种基于时延估计和自适应模糊补偿的快速积分终端滑模控制器。解决了压电作动器精确力输出问题，实现了无模型、有限时间收敛特性。通过李雅普诺夫原理，证明了闭环系统的稳定性。对比实验结果验证了控制器具有更好的力跟踪精度及抗干扰性能。
（3）设计了一种鲁棒模型参考自适应控制策略，解决了压电作动器主动振动抑制问题。采用了输入、输出反馈，避免了系统精确模型的依赖，并借助多目标遗传算法优化了控制器参数。搭建了压电单轴隔振系统，测试了控制系统的有效隔振带宽，提高了系统控制能量效率。
（4）建立了六自由度压电柔性并联微定位平台含有迟滞的刚柔耦合动力学模型，有效改善了平台的建模精度。理论计算和有限元仿真交叉验证了平台的运动性能和模型正确性。开环实验测试发现了平台中存在严重的蠕变、迟滞及交叉耦合非线性。设计了一种基于逆迟滞前馈补偿器的分散比例-积分控制，提高了系统闭环定位精度。
（5）提出了一种分数阶鲁棒自适应解耦控制策略，进一步提升了含有蠕变、迟滞、交叉耦合非线性的并联微定位平台的运动精度。通过分数阶李雅普诺夫原理证明了闭环系统的稳定性。实验结果验证了所提控制策略的有效性，保证了更高的定位精度和更大的控制带宽。
（6）提出了一种离散时间预测滑模控制算法，解决了输入约束下的并联微定位平台精密运动控制问题，实现了无抖振、快速收敛及约束处理能力。在考虑模型扰动和输入约束存在下，分析了算法的稳定性，并通过数值仿真和实验验证了有效性和优越性。
论文研究工作为压电微定位系统的精密控制技术发展提供了多方面的新思路，为其在细胞微操作应用奠定了理论及技术支撑。
