高温电磁超声换能器谐振频率的自适应跟踪控制研究

发布时间：2017-10-13 18:05

  本文关键词：高温电磁超声换能器谐振频率的自适应跟踪控制研究

  更多相关文章： 电磁超声换能器 谐振频率跟踪 自适应控制 神经网络 暂态性能指标

【摘要】：本文针对电磁超声换能器(EMAT)在高温环境下谐振频率发生变化导致的换能效率降低的问题进行了深入研究。在高温环境下,EMAT的内部参数会随着温度、提离等参数的变化而变化,因而导致了固有谐振频率的漂移。为了可以在线检测高温连铸坯的厚度,需要实时对EMAT的谐振频率进行跟踪,以提高换能器的效率,从而产生高质量的超声波信号。首先,一方面对初始环境温度下的EMAT进行阻抗匹配,目的是使得EMAT系统的初始频率达到超声无损检测的要求,并使其发生谐振时内部电流达到最大,从而达到最佳谐振特性。另一方面,针对匹配后的EMAT线圈进行动力学建模。其次,当环境温度升高时,EMAT系统谐振频率发生变化,此时我们采用自适应神经网络控制策略对系统的谐振频率进行跟踪,使得EMAT系统达到谐振。虽然系统最终可以跟踪谐振频率,但其运行过程中的动态性能无法得到保证,为此我们提出一种新的设计方案,利用暂态性能指标转换机制,将原受暂态性能指标约束的系统转换为不受约束的新系统,通过李雅普诺夫定理证明新系统的稳定,从而间接证明EMAT系统能够跟踪谐振频率且系统的暂态性能也可得到保证,也就是说系统的跟踪误差可以收敛到预先设定的一个任意小的残差集合内,且收敛速率不低于预先设定的某个值,超调量及稳态误差不高于指定值。最后,设计EMAT系统的激励电源并对其内部参数变化进行研究,根据试验测量的参数和已有的相关研究,通过合理假设对本文提出的控制算法采用Matlab进行仿真验证,其结果与理论推导一致。
【关键词】：电磁超声换能器 谐振频率跟踪 自适应控制 神经网络 暂态性能指标
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB552
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 引言7-8
• 1.2 高温电磁超声无损检测及谐振频率跟踪研究现状8-10
• 1.2.1 高温电磁超声无损检测研究现状8-9
• 1.2.2 EMAT谐振频率跟踪研究现状9-10
• 1.3 自适应跟踪控制及暂态性能研究现状10-11
• 1.3.1 自适应跟踪控制研究现状10-11
• 1.3.2 暂态性能研究现状11
• 1.4 本文主要研究内容11-13
• 2 EMAT线圈阻抗匹配设计及谐振频率模型13-23
• 2.1 引言13
• 2.2 EMAT线圈阻抗匹配设计13-19
• 2.2.1 线圈结构及等效电路13-16
• 2.2.2 EMAT线圈的阻抗匹配16-19
• 2.3 EMAT谐振频率动力学建模19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 EMAT谐振频率自适应跟踪控制分析23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 预备知识23-27
• 3.2.1 李雅普诺夫稳定性理论23-24
• 3.2.2 暂态性能指标的转换机制24-25
• 3.2.3 径向基函数神经网络25-27
• 3.3 自适应神经网络控制27-30
• 3.3.1 系统模型的建立27
• 3.3.2 自适应神经网络控制器设计27-28
• 3.3.3 李雅普诺夫稳定性分析28-30
• 3.4 考虑暂态性能指标的自适应跟踪控制30-34
• 3.4.1 系统转换模型的建立30-31
• 3.4.2 考虑暂态性能指标的控制器设计31
• 3.4.3 稳定性分析31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 EMAT激励电源设计35-49
• 4.1 引言35
• 4.2 整流及逆变电路35-40
• 4.3 控制及驱动电路40-44
• 4.3.1 STM32控制电路模块40-41
• 4.3.2 隔离驱动电路设计41-44
• 4.4 输出及匹配电路44-47
• 4.4.1 PCB线圈的绕制44
• 4.4.2 宽带匹配电路设计44-47
• 4.5 反馈电路设计47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 5 试验平台与仿真分析49-61
• 5.1 引言49
• 5.2 试验平台49-53
• 5.2.1 硬件平台概述49-50
• 5.2.2 软件设计概述50-53
• 5.2.3 存在的问题53
• 5.3 自适应神经网络控制算法的仿真及分析53-56
• 5.4 考虑动态性能指标控制算法的仿真及分析56-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-71
• 附录71
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录71
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录71

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