超磁致伸縮執(zhí)行器磁滯建模與控制技術研究.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、微機電系統(tǒng)以及納米技術等領域呈現(xiàn)出良好的應用前景.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動磁路的其它元件存在較強的磁滯特性,導致執(zhí)行器輸出位移存在著滯回性強、重復性差、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)行器更廣泛的應用.論文在深入研究了國內(nèi)外關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上,針對超磁致伸縮執(zhí)行器的磁滯非線性,應用Priesach理論建立了執(zhí)行器的磁滯模型,根據(jù)該模型推導出了執(zhí)行器的逆磁滯模型,設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計自適應控制器和自適應算法,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),包括驅動電源的研制、傳感變送器的設計與實現(xiàn)、單片機控制單元、模擬量輸入輸出通道的設計以及系統(tǒng)監(jiān)控、驅動軟件的設計與編程實現(xiàn).在此基礎上對執(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曲線、執(zhí)行器的軌跡跟蹤曲線.實驗結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)此模型設計的兩種控制方案大幅度的補償了執(zhí)