基于Preisach模型的高頻響音圈電機(jī)的遲滯建模與控制.pdf

1、音圈電機(jī)(Voice coil motor,VCM)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而無(wú)需任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的“零傳動(dòng)”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(zhì)量輕、力特性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在半導(dǎo)體設(shè)備、光學(xué)系統(tǒng)、振動(dòng)控制、直線壓縮機(jī)和控制閥、機(jī)械加工等對(duì)精度和頻響要求非常高的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但由于音圈電機(jī)高頻響應(yīng)下復(fù)雜遲滯的存在，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能嚴(yán)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(jī)廣闊的應(yīng)用前景為背景，并得助于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持，以VCM為研究對(duì)象，圍繞高頻下表現(xiàn)的復(fù)雜遲滯現(xiàn)象建立精確的數(shù)學(xué)模型，并在此模型上設(shè)計(jì)控制器和控制算法，消除遲滯帶來(lái)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(jìn)行改進(jìn)，提出一種改進(jìn)的Preisach遲滯與RBF(徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的動(dòng)態(tài)遲滯混合模型。采用逐次逼近的思想，

3、第一級(jí)通過(guò)構(gòu)造一個(gè)改進(jìn)型Preisach模型，引入非單調(diào)信息，使其輸出具有非單調(diào)遲滯特性。第二級(jí)采用動(dòng)態(tài)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)第一級(jí)輸出的相位和幅值進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)音圈電機(jī)實(shí)際輸出的高精度逼近?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提模型對(duì)一般遲滯和非單調(diào)復(fù)雜遲滯的建模都是有效的。與動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模相比，具有更高的模型精度。
　　2）進(jìn)一步研究復(fù)雜遲滯建模原理，改進(jìn)建模方法。從頻域的角度分析，在Preisach類遲滯模型結(jié)構(gòu)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(luò)的隱層及局部反饋層節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造了一種具有內(nèi)部反饋的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，使其能描述非單調(diào)遲滯特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fù)雜遲滯模型，采用逆控制思想，建立系統(tǒng)復(fù)雜遲滯逆模型，結(jié)合PID控制算法設(shè)計(jì)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)復(fù)雜遲滯逆控制器。仿真結(jié)果表明遲