振動控制中作動器遲滯非線性補償方法研究.pdf

1、作動器是控制器和被控對象之間聯(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，實現(xiàn)控制。壓電作動器有著突出的優(yōu)點，常應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動的主動控制之中，然而，由于壓電材料本身的特性，壓電作動器對外加電場的響應(yīng)通常表現(xiàn)為多值映射的遲滯特性。這種遲滯非線性會產(chǎn)生與輸入信號相關(guān)的諧波失真，一方面會造成系統(tǒng)振蕩甚至失穩(wěn)，另一方面會產(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其實施有效控制。針對壓電作動器遲滯非線性的問題，在已有研究的基礎(chǔ)上，論文致力于研究對引入遲滯非線性逆補償?shù)南到y(tǒng)進行振動主動控制。主要內(nèi)容包括：
　　第一章：結(jié)合研究背景和意義，概述了國內(nèi)外對遲滯模型以及振動主動控制技術(shù)的研究，并給出了論文的研究內(nèi)容。
　　第二章：根據(jù)Preisach模型分析壓電作動器遲滯非線性對系統(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環(huán)節(jié)，分析遲滯對穩(wěn)定裕度的

3、影響，為考慮遲滯非線性的振動控制提供基本認識。
　　第三章：在深入研究經(jīng)典Preisach遲滯建模原理基礎(chǔ)上，通過分析模型曲線動點運行規(guī)律，運用仿射映射（幾何變換或連續(xù)變換）方法，建立一個遲滯模型，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應(yīng)關(guān)系，并稱為基本模型（EHM）?；谠揈HM，運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近能力，建立能夠適應(yīng)此類輸入信號的遲滯模型，稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合遲滯模型（HNNM）。為了驗證所建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)，以頻率在線估計和跟蹤濾波為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)振動進行自適應(yīng)控制。頻率在線估計算法構(gòu)建于子空間辨識原理，通過響應(yīng)信號自相關(guān)序列的遞推運算進行在線估計；跟蹤濾波器根據(jù)頻率估計結(jié)果實時調(diào)整其中心頻率，實時跟蹤各頻

5、率信號分量。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)合具有很好的振動控制效果。
　　第五章：通過實驗裝置驗證了遲滯非線性逆補償對控制的影響。實驗裝置包括內(nèi)置壓電作動器的彈性桿、振動傳感器、信號放大器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。控制算法由Labview程序?qū)崿F(xiàn)，其輸出信號經(jīng)采集卡、功率放大器后推動作動器，產(chǎn)生抵消的振動波。實驗結(jié)果證明了引入遲滯非線性逆補償?shù)恼駝禹憫?yīng)明顯好于未考慮遲滯非線性特性的振動響應(yīng)，由壓電作動器遲滯非線性造成的