15、受限压电执行器末端执行器的鲁棒阻抗控制

受限压电执行器末端执行器的鲁棒阻抗控制

1. 引言

在医疗应用中，许多任务都需要与环境（如人体）进行直接交互。随着医疗技术的不断发展，压电执行器（PA）技术成为了一项突出的进展。尽管该技术仍处于应用开发的早期阶段，但它已经为需要位置和力控制的医疗设备展现出了巨大的价值和功能。

PA 因其诸多优点而备受青睐，例如无需齿轮即可实现高扭矩操作、响应速度快、结构紧凑、重量轻，以及在无供电时具有高保持扭矩。近年来，PA 的设计创新使其尺寸更小、更坚固且更易于制造，应用领域也不断拓展，涵盖了压电微电机技术、手持临床诊断系统、医疗设备、微纳流体、可植入设备和微操作等。

然而，在建立有效的控制方法时，PA 存在的非线性问题是主要挑战之一。此外，它们还需要应对参数不确定性和其他建模不确定性的变化。这些压电非线性和不确定性会影响执行器的运动精度和分辨率。常见的 PA 建模技术包括使用逆磁滞模型前馈控制、电压驱动和电流或电荷驱动。在大多数研究中，采用复杂的干扰模型来补偿干扰，但这种建模方式既耗时又容易在识别时出现建模误差。因此，由于效率和性能优势，干扰观测器（DOB）常被用于运动控制系统中。通过将非线性和不确定性视为实际工厂与标称模型之间的集中干扰，DOB 可以补偿并保证系统动态近似于标称模型。

适当的基于 DOB 的控制方法可以提高运动控制系统的鲁棒性和性能。例如，高阶干扰估计、带有突发干扰观测器的精细运动控制以及工厂中的干扰估计等。然而，仅靠 DOB 无法充分补偿非线性干扰和未建模动态，特别是高频分量。变结构控制已被证明是一种针对非线性、不确定性和有界干扰的有吸引力的非线性控制方法。通过结合 DOB 和滑模控制（SMC），可以同时实现带有干扰补偿的位置跟踪控制，并将其扩展到阻抗