振動(dòng)控制中作動(dòng)器遲滯非線性補(bǔ)償方法研究.pdf

1、作動(dòng)器是控制器和被控對(duì)象之間聯(lián)系的紐帶，它們將控制器的指令轉(zhuǎn)變?yōu)榭墒┘釉诒豢叵到y(tǒng)上的控制力/力矩，實(shí)現(xiàn)控制。壓電作動(dòng)器有著突出的優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主動(dòng)控制之中，然而，由于壓電材料本身的特性，壓電作動(dòng)器對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)通常表現(xiàn)為多值映射的遲滯特性。這種遲滯非線性會(huì)產(chǎn)生與輸入信號(hào)相關(guān)的諧波失真，一方面會(huì)造成系統(tǒng)振蕩甚至失穩(wěn)，另一方面會(huì)產(chǎn)生諧波，限制系統(tǒng)性能。從控制角度看，遲滯非線性系統(tǒng)的多值映射、記憶性以及非光滑性使得常用的經(jīng)典控制理

2、論和現(xiàn)代控制理論都難以對(duì)其實(shí)施有效控制。針對(duì)壓電作動(dòng)器遲滯非線性的問(wèn)題，在已有研究的基礎(chǔ)上，論文致力于研究對(duì)引入遲滯非線性逆補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)主動(dòng)控制。主要內(nèi)容包括：
　　第一章：結(jié)合研究背景和意義，概述了國(guó)內(nèi)外對(duì)遲滯模型以及振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)的研究，并給出了論文的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章：根據(jù)Preisach模型分析壓電作動(dòng)器遲滯非線性對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并在此基礎(chǔ)上，考慮速度、加速度和力反饋中的延時(shí)環(huán)節(jié)，分析遲滯對(duì)穩(wěn)定裕度的

3、影響，為考慮遲滯非線性的振動(dòng)控制提供基本認(rèn)識(shí)。
　　第三章：在深入研究經(jīng)典Preisach遲滯建模原理基礎(chǔ)上，通過(guò)分析模型曲線動(dòng)點(diǎn)運(yùn)行規(guī)律，運(yùn)用仿射映射（幾何變換或連續(xù)變換）方法，建立一個(gè)遲滯模型，并從理論上證明該模型形成的輸入與輸出空間之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并稱為基本模型（EHM）?；谠揈HM，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近能力，建立能夠適應(yīng)此類輸入信號(hào)的遲滯模型，稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合遲滯模型（HNNM）。為了驗(yàn)證所建HNNM的有效性，根據(jù)經(jīng)典

4、Preisach遲滯建模原理，建立基于Backlash模型的幾類仿真遲滯模型（BHSM）。而且，EHM能夠與一類BHSM完美匹配。仿真結(jié)果證明了所提方法是簡(jiǎn)單而有效的。
　　第四章：根據(jù)第三章的建模，將遲滯非線性逆模型引入到控制系統(tǒng)，以頻率在線估計(jì)和跟蹤濾波為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)進(jìn)行自適應(yīng)控制。頻率在線估計(jì)算法構(gòu)建于子空間辨識(shí)原理，通過(guò)響應(yīng)信號(hào)自相關(guān)序列的遞推運(yùn)算進(jìn)行在線估計(jì)；跟蹤濾波器根據(jù)頻率估計(jì)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整其中心頻率，實(shí)時(shí)跟蹤各頻

5、率信號(hào)分量。數(shù)值仿真結(jié)果表明，遲滯非線性逆模型與自適應(yīng)方法結(jié)合具有很好的振動(dòng)控制效果。
　　第五章：通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證了遲滯非線性逆補(bǔ)償對(duì)控制的影響。實(shí)驗(yàn)裝置包括內(nèi)置壓電作動(dòng)器的彈性桿、振動(dòng)傳感器、信號(hào)放大器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。控制算法由Labview程序?qū)崿F(xiàn)，其輸出信號(hào)經(jīng)采集卡、功率放大器后推動(dòng)作動(dòng)器，產(chǎn)生抵消的振動(dòng)波。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了引入遲滯非線性逆補(bǔ)償?shù)恼駝?dòng)響應(yīng)明顯好于未考慮遲滯非線性特性的振動(dòng)響應(yīng)，由壓電作動(dòng)器遲滯非線性造成的