精密磁阻作动器磁滞建模与控制研究

发布时间：2022-01-24 02:34

　　随着制造精度及效率要求的不断提高,高端制造技术朝着高精密、高速度的方向持续发展。驱动系统作为制造装备的核心单元面临着更高的性能要求,磁阻作动器相对常用的音圈电机具有力密度大、能耗低的突出优点,然而其存在由磁滞效应带来的非线性建模及控制难题。本文拟建立考虑磁滞效应的磁阻作动器磁路及电磁力模型,研究磁滞模型的改进方法,建立磁阻作动器系统仿真模型、搭建实验平台并进行分析验证,研究磁阻作动器磁滞效应的补偿控制算法。主要内容如下:介绍了磁阻作动器基本磁路及电磁力方程,基于Duhem模型和修形函数建立了磁场强度-磁感应强度表征的导磁材料正逆磁滞模型,研究了其擦除性、一致性属性;针对典型结构磁阻作动器,考虑磁路截面变化建立了等效磁路模型,推导了含磁滞效应的电流-磁感应强度、电流-电磁力的非线性关系表达式,并对其特性进行了分析。针对磁滞回线的中心不对称性,提出了分象限修形的改进方法,利用遗传算法进行模型参数辨识,比较了四参数、六参数模型的建模精度;针对气隙变化对磁阻作动器磁滞回线的影响,研究了修形函数控制参数与气隙的关系,建立了含气隙变化的改进磁滞模型;基于考虑磁滞效应的磁路、电磁力及电路方程建立了磁... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

铁磁性材料磁滞非线性特性曲线

图 1.2 各种磁滞模型(1) 微分方程磁滞模型微分方程磁滞模型可考虑输入信号的变化率，即会对信号求微分，可以实现相关和率无关的磁滞建模。由于一般求出微分方程磁滞模型的逆磁滞模型过程，故在利用逆模型的补偿控制器设计中面临挑战。常用的微分方程磁滞模型包uhem 模型、Backlash-like 模型和 Bouc-Wen 模型等。1)Duhem 模型Duhem 模型通过捕获输入信号幅值的改变方向，计算出对应的输出，构建输出的磁滞特性，具体关系可以表述为：1 2w( t ) f ( w( t ), v (t ))v (t ) f ( w( t ), v (t ))v (t ) (1.1式中，( ) ( )( )2v t v tv t (1.2

才被完全定义为一种只依赖数学知识的计算模型，不包含任何物理义。Preisach 模型现今已成为表征磁滞非线性特性，被最广泛使用的模型之][26]。建立一种 Relay 算子的超平面[11]是 Preisach 模型基础环节。该算子的形状类磁滞现象中磁滞回线的形状，不过被简化为一个明确的矩形磁滞回线，如图 示。在输入自变量u 的变化下，因变量v只会等于 1 或者-1。此算子的特别之于，自变量取值范围 , 内，因变量 的输出会根据输入的历史变化规律取者-1。当输入在 增大时，输出为-1，否则为 1。在基本磁滞算子的基础取有限个基于此算子的多项叠加即可以获得输出，具体思路如图 1.4 所示，计式如式 1.6 所示。( ( ))i i i iiv u R u t (1.6式中， ( ( ))i iR u t 是关于输入的权重函数。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]迟滞非线性系统的建模与控制[J]. 李春涛,谭永红.  控制理论与应用. 2005(02)
[4]100nm步进扫描投影光刻机工件台、掩模台的发展[J]. 董吉洪,田兴志,李志来,王明哲.  光机电信息. 2004(05)

硕士论文
[1]光刻机掩模台系统的动力学分析[D]. 陈文枢.华中科技大学 2007



本文编号：3605664