Inverse Steuerung für den Großsignalbetrieb von Piezoaktoren (Inverse Feedforward Control for the Large Signal Operation of Piezoelectric Actuators)

Abstract

Der vorliegende Beitrag beschreibt ein neuartiges Steuerungskonzept für den Großsignalbetrieb von piezoelektrischen Aktoren, das die Abhängigkeit der Aktorauslenkung von der mechanischen Belastung, die infolge der endlichen Steifigkeit des Aktorwerkstoffes auftritt, kompensiert. Die zur Realisierung dieser Funktionalität benötigte Kenntnis über die momentane mechanische Belastung des Aktors gewinnt die Steuerung allein durch Rekonstruktion der Aktorbelastung aus den Messwerten der elektrischen Größen Spannung und Ladung, sodass keine zusätzlichen externen Sensoren benötigt werden. Zur Rekonstruktion der mechanischen Belastung greift die Steuerung auf die inhärenten sensorischen Eigenschaften des piezoelektrischen Werkstoffes zurück und verwendet ein auf Hysterese-, Kriech- und Superpositionsoperatoren basierendes Signalverarbeitungskonzept, um die Messinformation, die aufgrund der elektrischen Großsignalansteuerung durch Hysterese-, Kriech- und Sättigungseffekte verfälscht ist, aus den elektrischen Messsignalen herauszufiltern. Als Ergebnis wird durch diesen neuartigen Steuerungstyp der durch Hysterese-, Kriech- und Sättigungseffekte sowie durch die Lastabhängigkeit verursachte Steuerungsfehler um etwa eine Größenordnung reduziert.