Aufgrund der hohen Stelldynamik und des nahezu unbegrenzten Auflösungsvermögens eignen sich aktive Materialien in Verbindung mit hochpräzisen Wegsensoren und einer rauscharmen Steuerelektronik ganz besonders zur Realisierung hochdynamischer paralleler Feinstpositioniersysteme, sofern die benötigten Stellwege hinreichend klein bleiben. Die Führungselemente solcher Systeme werden fast ausschließlich mit Hilfe von elastischen Festkörpergelenken realisiert, sodass im mechanischen System harte Nichtlinearitäten wie Haft- und Gleitreibung nicht auftreten. In solchen Fällen stellt die Mechanik im Wesentlichen ein lineares strukturdynamisches System dar. Nichtlinearitäten werden in solchen Systemen hauptsächlich durch die aktorischen und sensorischen Übertragungscharakteristiken der aktiven Materialien bei Ansteuerung mit großen Signalen erzeugt. Gegenstand des vorliegenden Beitrages ist es nun, am Beispiel eines zweiachsigen parallelen piezoelektrischen Positioniersystems ein neuartiges Vorsteuerungskonzept abzuleiten, das mit Hilfe von operatorbasierten Methoden simultan die hysterese- und kriechbehafteten Materialnichtlinearitäten in den Aktoren, die ausgeprägte Strukturdynamik sowie die Verkopplung der Ein- und Ausgänge des Systems kompensiert.
Due to the high dynamic positioning capability and the nearly unlimited resolution especially active materials in connection with high precision positioning sensors and a low noise control electronic are well suited for the realisation of ultra high precision parallel positioning systems if the necessary displacements are sufficiently small. The guiding elements of such systems are normally realised with elastic solid-state joints such that hard nonlinearities like static and sliding friction do not occur. In these cases the mechanical part of the system can be mainly regarded as a linear structural dynamical system. Nonlinearites in the overall system are mainly generated by the actuator and sensor characteristics of the active materials if they are driven with high amplitudes. The aim of this article is the development of an innovative feedforward control concept for a 2-dof parallel piezoelectric positioning system which is able to compensate simultaneously the complex hysteretic and creep material nonlinearities in the actuators as well as the pronounced structural dynamic and the coupling between the inputs and outputs of the system.
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