智能材料遲滯補(bǔ)償理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、遲滯非線性(又稱磁滯非線性)補(bǔ)償是智能材料驅(qū)動器運(yùn)動精確控制的核心研究內(nèi)容之一，而遲滯系統(tǒng)建模和控制器設(shè)計是遲滯非線性補(bǔ)償控制的兩個主要問題，這兩個問題的研究，對智能材料驅(qū)動器的應(yīng)用具有重要的理論意義和實用價值。論文針對所設(shè)計的超磁致伸縮驅(qū)動器(GMA)，以構(gòu)建的測控系統(tǒng)為工作平臺，對GMA的機(jī)電系統(tǒng)的遲滯特征進(jìn)行測量與分析，繼而進(jìn)行GMA遲滯系統(tǒng)的建模及其非線性補(bǔ)償控制方面的仿真和實驗研究。 論文根據(jù)GMA的工作原理，建立了不

2、考慮遲滯特性的機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對GMA系統(tǒng)的遲滯現(xiàn)象進(jìn)行了測量，并進(jìn)行了遲滯特性的頻率相關(guān)性研究。結(jié)果表明，超磁致伸縮材料(GMM)的遲滯非線性是與輸入頻率無關(guān)的固有特性，而輸入信號頻率變化只與GMA的機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)有關(guān)。提出GMA的系統(tǒng)模型由頻率無關(guān)遲滯特性與機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)串聯(lián)構(gòu)成。 論文通過對遲滯系統(tǒng)的多環(huán)形成原理和可逆性分析后，采用信號分離法，使遲滯主環(huán)與次環(huán)分離，然后對所有的單環(huán)信號分別進(jìn)行逆模型補(bǔ)償后疊加輸入遲滯

3、非線性系統(tǒng)，實現(xiàn)了遲滯多環(huán)的開環(huán)逆模補(bǔ)償控制。采用PID加逆模前饋的閉環(huán)控制可進(jìn)一步提高遲滯補(bǔ)償效果。 論文采用Duhem模型對超磁致驅(qū)動器建立頻率無關(guān)的遲滯模型。在對Duhem模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了超磁致驅(qū)動器的遲滯逆模型并進(jìn)行逆模補(bǔ)償．對Duhem模型的微分方程進(jìn)行求解，并提出可以調(diào)節(jié)信號跟蹤精度的自適應(yīng)魯棒控制方法。 論文提出了運(yùn)用Prandtl-Ishlinskii(PI)遲滯算子構(gòu)造6MA靜態(tài)遲滯模型的方

4、法，根據(jù)PI遲滯算子的特點，將遲滯模型分解為線性部分和非線性部分，在此基礎(chǔ)上提出滑模變結(jié)構(gòu)控制，由Lyapunov穩(wěn)定性理論推導(dǎo)出此滑模變結(jié)構(gòu)控制方案的自適應(yīng)控制規(guī)律。 論文采用改進(jìn)的Krasnosel’skii—Pokrovkii(KP)模型對超磁致微位移驅(qū)動器的遲滯特性建立頻率無關(guān)的遲滯模型，提出了對實際系統(tǒng)的KP遲滯模型密度函數(shù)進(jìn)行離線辨識和在線自適應(yīng)辨識方法，構(gòu)造出了遲滯系統(tǒng)動態(tài)模型。為了降低遲滯特性對驅(qū)動器工作的影響，

5、對KP遲滯模型構(gòu)造了補(bǔ)償算子。在此基礎(chǔ)上提出了補(bǔ)償算子密度函數(shù)可自適應(yīng)辨識的動態(tài)控制方案，實現(xiàn)了GMA遲滯系統(tǒng)的動態(tài)補(bǔ)償。 論文對所提出的各種遲滯建模方法及其對應(yīng)的遲滯補(bǔ)償控制方案進(jìn)行了全面的比較分析，指出了靜態(tài)遲滯模型的適用情況和靜態(tài)補(bǔ)償方案的優(yōu)勢及應(yīng)用范圍，動態(tài)建模方法和動態(tài)補(bǔ)償方案應(yīng)用范圍更廣，但模型結(jié)構(gòu)和控制器設(shè)計更為復(fù)雜． 構(gòu)建了以滾珠絲杠傳動提供宏觀運(yùn)動，以GMA進(jìn)行微觀運(yùn)動誤差補(bǔ)償?shù)膯巫鴺?biāo)數(shù)控工作臺精確運(yùn)動