超磁致伸縮執(zhí)行器磁滯建模與控制技術(shù)研究.pdf

1、超磁致伸縮執(zhí)行器是以新型功能材料--超磁致伸縮材料作為致動元件的一類微位移執(zhí)行器,具有輸出位移和力大、響應(yīng)速度快、溫度范圍寬、低壓可操作等突出優(yōu)點,已在精密、超精密加工、流體控制機械、微調(diào)節(jié)與微補償機構(gòu)、微機電系統(tǒng)以及納米技術(shù)等領(lǐng)域呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景.然而超磁致伸縮材料是鐵磁性材料,由于該材料自身以及組成驅(qū)動磁路的其它元件存在較強的磁滯特性,導(dǎo)致執(zhí)行器輸出位移存在著滯回性強、重復(fù)性差、非線性嚴重等缺點,嚴重限制了執(zhí)行器的定位精度,影響

2、了該材料及其執(zhí)行器更廣泛的應(yīng)用.論文在深入研究了國內(nèi)外關(guān)于超磁致伸縮材料及其執(zhí)行器的建模理論與控制方法的基礎(chǔ)上,針對超磁致伸縮執(zhí)行器的磁滯非線性,應(yīng)用Priesach理論建立了執(zhí)行器的磁滯模型,根據(jù)該模型推導(dǎo)出了執(zhí)行器的逆磁滯模型,設(shè)計了前饋控制器對磁滯非線性進行補償.在前饋控制的基礎(chǔ)上,論文提出了利用執(zhí)行器的實際輸出與指令輸入之間的偏差信號的大小來設(shè)計自適應(yīng)控制器和自適應(yīng)算法,充分利用前饋"及時"和反饋"消除偏差"的優(yōu)點,動態(tài)調(diào)整控制

3、器的參數(shù),進一步提高執(zhí)行器的控制精度.建立了以單片機為核心的執(zhí)行器閉環(huán)控制系統(tǒng),包括驅(qū)動電源的研制、傳感變送器的設(shè)計與實現(xiàn)、單片機控制單元、模擬量輸入輸出通道的設(shè)計以及系統(tǒng)監(jiān)控、驅(qū)動軟件的設(shè)計與編程實現(xiàn).在此基礎(chǔ)上對執(zhí)行器的前饋和反饋兩種控制方案進行了實驗研究,實測了執(zhí)行器在不同幅值下的階躍響應(yīng)曲線、執(zhí)行器的軌跡跟蹤曲線.實驗結(jié)果表明該文建立的執(zhí)行器的磁滯模型能夠準確的描述執(zhí)行器的磁滯非線性,根據(jù)此模型設(shè)計的兩種控制方案大幅度的補償了執(zhí)