基于Preisach模型的高頻響音圈電機的遲滯建模與控制.pdf

1、音圈電機(Voice coil motor,VCM)是一種將電能直接轉換成直線運動機械能而無需任何中間轉換機構的“零傳動”裝置，具有高分辨率、高頻響、高速度、高加速度、高靈敏度、體積小、質量輕、力特性好等優(yōu)點，因此在半導體設備、光學系統(tǒng)、振動控制、直線壓縮機和控制閥、機械加工等對精度和頻響要求非常高的領域得到廣泛應用。但由于音圈電機高頻響應下復雜遲滯的存在，導致控制系統(tǒng)的性能嚴重變壞，甚至發(fā)生振蕩而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。
　　該文以音圈電

2、機廣闊的應用前景為背景，并得助于國家自然科學基金項目支持，以VCM為研究對象，圍繞高頻下表現(xiàn)的復雜遲滯現(xiàn)象建立精確的數(shù)學模型，并在此模型上設計控制器和控制算法，消除遲滯帶來的抖振，提高控制精度，取得的主要研究成果如下：
　　1）分析遲滯特性的基本特征，論證現(xiàn)存的各種遲滯建模方法并選擇Preisach模型作為基模型進行改進，提出一種改進的Preisach遲滯與RBF(徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的動態(tài)遲滯混合模型。采用逐次逼近的思想，

3、第一級通過構造一個改進型Preisach模型，引入非單調信息，使其輸出具有非單調遲滯特性。第二級采用動態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡對第一級輸出的相位和幅值進行補償，實現(xiàn)對音圈電機實際輸出的高精度逼近?；趯崪y數(shù)據(jù)的仿真實驗結果表明，所提模型對一般遲滯和非單調復雜遲滯的建模都是有效的。與動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡建模相比，具有更高的模型精度。
　　2）進一步研究復雜遲滯建模原理，改進建模方法。從頻域的角度分析，在Preisach類遲滯模型結構下，用具有相位超

4、前和滯后的類遲滯元代替relay、stop和play遲滯算子，并將其作為神經(jīng)網(wǎng)絡的隱層及局部反饋層節(jié)點，構造了一種具有內(nèi)部反饋的動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡遲滯模型。該模型克服了 Preisach類遲滯模型中遲滯算子不可微的缺點，使其能描述非單調遲滯特性。實驗結果表明此方案同樣具有較高的建模精度。
　　3）基于上述建立的復雜遲滯模型，采用逆控制思想，建立系統(tǒng)復雜遲滯逆模型，結合PID控制算法設計了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的動態(tài)復雜遲滯逆控制器。仿真結果表明遲