基于灰度理論的超聲波電機(jī)位置控制研究.pdf

1、超聲波電機(jī)（Ultrasonic Motor，簡(jiǎn)稱(chēng)USM）作為一種新類(lèi)型的微特電機(jī)，具有體積小、重量輕、低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、不存在電磁干擾、高保持轉(zhuǎn)矩等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代自動(dòng)化控制設(shè)備的諸多需求，在一些精密定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用受到人們的廣泛關(guān)注。同時(shí)，由于超聲波電機(jī)具有響應(yīng)快的特點(diǎn)，在快速位置跟蹤控制場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。為了滿(mǎn)足具有高精度要求的伺服定位應(yīng)用，必須提高超聲波電機(jī)的位置控制精度。近年來(lái)，超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制研究比較成熟，

2、位置控制的研究相對(duì)較少。本文采用轉(zhuǎn)速-位置雙閉環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波電機(jī)的位置控制。
　　為使超聲波電機(jī)具有較高的運(yùn)行效率，選取以驅(qū)動(dòng)頻率為控制變量的控制模型。選取的超聲波電機(jī)模型為帶有純延時(shí)環(huán)節(jié)的二階頻率-轉(zhuǎn)速模型，以此模型作為轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)控制模型，轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)輸出通過(guò)積分得到位置。轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)采用傳統(tǒng)的PID控制，位置外環(huán)分別采用傳統(tǒng)的 PID控制、參數(shù)自整定模糊 PID控制和基于灰度預(yù)測(cè)的 PI控制策略。傳統(tǒng)的 PID雙閉環(huán)位置控制在

3、模型參數(shù)固定的條件下雖然可以滿(mǎn)足一般的控制需求，但為了提高控制系統(tǒng)的魯棒性，采用參數(shù)自整定模糊 PID位置控制器，來(lái)克服超聲波電機(jī)的參數(shù)時(shí)變及非線(xiàn)性特性。為了克服模糊控制系統(tǒng)中在即將達(dá)到給定位置時(shí)轉(zhuǎn)速的頻繁切換問(wèn)題，提出了基于灰度預(yù)測(cè)的 PI控制器。仿真結(jié)果表明，所采用的三種位置外環(huán)控制策略均可實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)的位置控制，且具有不同程度的抗干擾能力。
　　本文采用由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的三種不同的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)快速穩(wěn)定的達(dá)到給定位置