压电陶瓷执行器迟滞非线性系统的辨识及控制算法研究

发布时间：2022-05-12 19:04

　　以压电陶瓷作为位移检测传感器的微执行器具有体积小、能耗低、定位准确等优点,但其固有的迟滞特性,使得它难以在超精密定位系统中完全发挥作用。与宏执行器相比,压电陶瓷材料的微执行器行程短、控制方案复杂。这使得对压电陶瓷执行器的迟滞特性进行精确建模,并设计简洁的控制方案,成为了学术界及工业界亟待解决的问题。智能算法作为新兴的研究策略,以其高效性、健壮性、自适应性,在建模和控制领域逐渐发挥作用。本文基于智能算法,在迟滞非线性系统辨识与控制方法方面展开研究。具体研究内容如下:（1）提出了一种基于Hammerstein系统的两阶段辨识方法,用于含有迟滞非线性的压电陶瓷执行器的建模。第一阶段是采用一种preisach类迟滞算子,将迟滞的多值映射转为单值映射。再结合等距映射法将多维迟滞数据映射到低维空间。然后将经处理的低频数据输入改进的极限学习机进行训练,得到静态迟滞模型参数;第二阶段是把经过同样处理的高频迟滞数据输入参数已知的极限学习机模型,得到Hammerstein模型的中间变量。再用自回归各态历经（Autoregressive Exogenous,ARX）模型建立动态线性部分的模型,采用递推最小二... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 迟滞非线性模型的研究现状
        1.2.2 迟滞非线性控制算法的研究现状
    1.3 研究内容和论文结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文结构
第2章 预备知识
    2.1 压电陶瓷执行器简介
        2.1.1 压电陶瓷执行器机理
        2.1.2 压电陶瓷执行器应用
    2.2 扩展输入空间法
    2.3 Backlash描述函数
    2.4 Hammerstein模型
        2.4.1 Hammerstein模型结构
        2.4.2 Hammerstein模型辨识方法
    2.5 预设性能控制
    2.6 小结
第3章 基于极限学习机的迟滞非线性辨识与仿真
    3.1 问题描述
    3.2 优化的极限学习机算法
        3.2.1 单隐层前馈神经网络
        3.2.2 极限学习机算法
        3.2.3 万有引力搜索算法
        3.2.4 Isomap等距映射算法
    3.3 Hammerstein模型两阶段辨识
        3.3.1 Preisach类迟滞算子
        3.3.2 迟滞非线性静态模型辨识
        3.3.3 迟滞非线性动态模型辨识
        3.3.4 仿真结果
    3.4 小结
第4章 基于Backlash描述函数的迟滞非线性建模
    4.1 Backlash描述函数迟滞算子
    4.2 基于Backlash描述函数迟滞算子的Hammerstein模型辨识
        4.2.1 支持向量回归机
        4.2.2 整体建模方案
        4.2.3 实验验证
    4.3 小结
第5章 输入受限迟滞非线性系统的预设性能控制
    5.1 输入受限性质简介
    5.2 问题描述
    5.3 控制器设计
        5.3.1 扰动项逼近
        5.3.2 辅助补偿系统设计
        5.3.3 基于改进误差变换的预设性能反演控制器设计
        5.3.4 仿真结果
    5.4 小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]输入受限的压电陶瓷驱动平台预设性能控制[J]. 乔继红,魏伟,周艳杰.  信息与控制. 2017(05)
[2]直流偏磁条件下变压器铁心磁化特性的Jiles-Atherton修正模型[J]. 李长云,刘亚魁.  电工技术学报. 2017(19)
[3]微位移系统中压电陶瓷驱动器迟滞建模[J]. 吕雪军,李国平,邱辉,李剑锋.  传感器与微系统. 2017(04)
[4]高分子黏弹性的经典唯象模型[J]. 卢宇源,安立佳,王健.  高分子学报. 2016(06)
[5]输入受限的非线性系统自适应模糊backstepping控制[J]. 王永超,张胜修,曹立佳,扈晓翔.  控制理论与应用. 2015(12)
[6]AFM压电陶瓷驱动器类Hammerstein建模与参数辨识[J]. 徐运扬,徐康康,沈平.  传感技术学报. 2015(01)
[7]严格反馈非线性系统预设性能backstepping控制器设计[J]. 胡云安,耿宝亮,赵永涛.  控制与决策. 2014(08)
[8]含有迟滞的Hammerstein模型辨识与控制[J]. 谢扬球,谭永红.  机械科学与技术. 2014(05)
[9]具有输入饱和的电液伺服位置系统自适应动态面控制[J]. 方一鸣,许衍泽,李建雄.  控制理论与应用. 2014(04)
[10]压电作动器的率相关迟滞建模与跟踪控制[J]. 王钰锋,郭咏新,毛剑琴.  光学精密工程. 2014(03)

博士论文
[1]输入受限系统增益调度控制及其在近空间飞行器中的应用[D]. 吴文娟.哈尔滨工业大学 2016
[2]多维超精密定位系统建模与控制关键技术研究[D]. 陈辉.东南大学 2015

硕士论文
[1]压电作动器的率相关建模与逆控制方法研究[D]. 吕传龙.西南交通大学 2018
[2]高精度定位系统迟滞非线性建模与控制方法研究[D]. 姜慧斌.浙江理工大学 2017
[3]具有迟滞非线性特性的压电陶瓷作动器的建模与控制[D]. 郝兵兵.西南交通大学 2017
[4]基于粘滑驱动原理的跨尺度纳米级定位平台研究[D]. 潘鹏.苏州大学 2016
[5]压电陶瓷执行器迟滞非线性模型研究[D]. 胡冰.吉林大学 2015
[6]叠堆型压电陶瓷特性测试及建模[D]. 曹江.哈尔滨工业大学 2013
[7]基于Backlash描述函数的迟滞非线性建模[D]. 翟亚伟.青岛科技大学 2012
[8]高精度紧凑型二维压电扫描系统及空间位移误差分析研究[D]. 回建华.浙江大学 2007
[9]扫描电化学显微镜电子控制系统的研究[D]. 伍海龙.山东大学 2007
[10]超精密微位移系统研究[D]. 陶惠峰.浙江大学 2003



本文编号：3652829