伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器控制技术的研究

发布时间：2017-05-18 19:15

  本文关键词：伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器控制技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，国内外众多学者对新型功能材料在电液伺服阀领域的应用开展了相关研究，特别是以超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material，简写为GMM）为基础的新型电-机转换器的研制与开发，为从根本上提高电液伺服阀流量、频响等性能指标开拓了思路、注入了活力。然而就现阶段而言，由于GMM内部复杂的本征非线性与磁滞特性，使得GMM及其电-机转换器的实际应用中存在输出位移或力滞回性强、非线性严重、定位精度不高等一些关键技术难题亟需突破，本文以超磁致伸缩电-机转换器（Giant MagnetostrictiveActuator，简称GMA）在电液伺服领域的应用为背景，着重对GMA的磁滞非线性建模及其控制技术展开研究。 在GMA磁滞非线性建模技术方面，在详细分析GMA结构组成和工作原理的基础上，运用Preisach和Prandtl-Ishlinskii磁滞理论分别对准静态与动态输入信号下GMA输出-输入的滞回非线性行为进行数学建模，所建Preisach静态磁滞模型较好地表征了GMA准静态输入信号下的磁滞情况，为扩大Preisach磁滞模型的应用范围，继而提出一种新型双曲正切动态磁滞算子，其形状参数为输入变化率的双曲正切函数，在此基础上构造了GMA的动态Preisach模型，，并利用BP神经网络完成了模型参数辨识，结果表明在20～120Hz频率的输入电流下，该动态Preisach模型的最大预测位移均方根误差为1.62μm，最大绝对位移误差为3.87μm。考虑到后续GMA控制系统研究需求，为克服Preisach模型分布函数难以获得，逆模型算法实现较为复杂等缺点，在Preisach模型基础上扩展建立Prandtl-Ishlinskii磁滞模型，并对该模型进行仿真与实验研究，研究表明GMA的Prandtl-Ishlinskii磁滞模型能够灵活地描述GMM器件的各种磁滞行为，且便于实现控制器的设计和实时应用； 在GMA控制技术方面，研发了一套基于TMS320F2812DSP的控制系统，包括A/D转换模块、D/A转换模块、串行接口模块、伺服放大器模块等模块，继而在集成开发环境CCS3.3下完成控制系统相应软件的开发。最后搭建了GMA控制系统实验测试平台，进行了静动态特性实验测试，并利用Prandtl-Ishlinskii模型构造的前馈补偿器进行前馈控制实验研究，实验结果表明基于TMS320F2812的控制系统可以有效地补偿输入信号频率在10～100Hz变化范围内GMA的磁滞非线性，为超磁致伸缩材料及其电-机转换器的进一步应用提供了理论和实验依据。
【关键词】：超磁致伸缩电-机转换器 Preisach磁滞模型 Prandtl-Ishlinskii磁滞模型 控制技术
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 论文的研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-21
• 1.2.1 超磁致伸缩材料及其电-机转换器磁滞模型的研究现状16-20
• 1.2.2 超磁致伸缩材料及其电-机转换器控制技术的研究现状20-21
• 1.3 论文研究的研究意义21-22
• 1.4 论文研究的主要内容22
• 1.5 论文研究的组织安排22-24
• 第二章 超磁致伸缩电-机转换器的 Preisach 磁滞模型24-41
• 2.1 超磁致伸缩电-机转换器的结构组成与工作原理24-25
• 2.2 超磁致伸缩电-机转换器的静态 Preisach 磁滞建模25-34
• 2.2.1 静态 Preisach 磁滞模型25-26
• 2.2.2 静态 Preisach 磁滞模型的离散表达26-27
• 2.2.3 静态 Preisach 磁滞模型的参数辨识及实验验证27-34
• 2.3 超磁致伸缩电-机转换器的动态 Preisach 磁滞建模34-39
• 2.3.1 国内外动态磁滞算子的研究35
• 2.3.2 双曲正切函数动态磁滞算子35-36
• 2.3.3 基于双曲正切算子的动态 Preisach 磁滞模型36
• 2.3.4 GMA 动态 Preisach 磁滞模型参数的辨识及实验验证36-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 超磁致伸缩电-机转换器的 Prandtl-Ishlinskii 磁滞模型41-55
• 3.1 超磁致伸缩电-机转换器的静态 Prandtl-Ishlinskii 磁滞建模41-49
• 3.1.1 线性 Play 算子和线性 Stop 算子41-43
• 3.1.2 GMA 的静态 Prandtl-Ishlinskii 模型43-45
• 3.1.3 静态 Prandtl-Ishlinskii 磁滞模型的参数辨识及实验验证45-49
• 3.2 超磁致伸缩电-机转换器的动态 Prandtl-Ishlinskii 建模49-54
• 3.2.1 动态 Prandtl-Ishlinskii 模型49-51
• 3.2.2 GMA 的动态 Prandtl-Ishlinskii 模型仿真分析51-53
• 3.2.3 GMA 动态 Prandtl-Ishlinskii 模型参数的辨识及实验验证53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 超磁致伸缩电-机转换器控制系统的总体设计55-66
• 4.1 GMA 控制系统的方案55-56
• 4.1.1 控制系统结构组成与工作原理55
• 4.1.2 基于 Prandtl-Ishlinskii 前馈补偿的控制方法55-56
• 4.2 控制系统硬件设计56-61
• 4.2.1 DSP 控制板的设计56-60
• 4.2.2 伺服放大器的设计60-61
• 4.3 控制系统的软件设计61-65
• 4.3.1 软件编程环境61-62
• 4.3.2 系统主程序62
• 4.3.3 数据采集与输出子程序62-63
• 4.3.4 磁滞补偿算法的实现63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 超磁致伸缩电-机转换器控制系统的实验研究66-75
• 5.1 GMA 控制系统实验平台66
• 5.2 GMA 控制系统的调试66-69
• 5.2.1 控制板的 D/A 模块调试67-68
• 5.2.2 控制板的 A/D 模块调试68-69
• 5.3 GMA 控制系统的实验研究69-74
• 5.3.1 控制系统的静动态输出特性69-73
• 5.3.2 控制系统的前馈控制实验73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 论文研究总结75-76
• 6.2 论文研究展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文82

【参考文献】

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