超聲波馬達(dá)的智能控制研究.pdf

1、超聲波馬達(dá),又稱超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor,簡稱USM)采用在超聲波范圍內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)源,是一種新型的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器,由于它所表現(xiàn)出來的各種優(yōu)良特性,如體積小,可以進(jìn)行靜音操作,較好的電磁兩立性,低轉(zhuǎn)速時(shí)仍然能保持較高扭矩等,被廣泛應(yīng)用與工業(yè)以及醫(yī)療設(shè)備中。但在實(shí)際應(yīng)用中,由于USM的特殊驅(qū)動(dòng)方式,使我們很難得到關(guān)于它的較精確的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)由于USM的輸入與輸出的高度非線性,導(dǎo)致對于超聲波電機(jī)的控制變得十分復(fù)雜。本

2、文基于上述超聲波電機(jī)控制的難題,從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面,開展了相關(guān)研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于難以獲取精確的數(shù)學(xué)模型的難點(diǎn),本文研究中采用了PID控制器對超聲波電機(jī)進(jìn)行控制,在不需要了解被控對象數(shù)學(xué)模型的情況下實(shí)現(xiàn)了對超聲波電機(jī)的控制器,并完成了控制器的設(shè)計(jì)。
　　(2)基于內(nèi)?？刂评碚?構(gòu)建了內(nèi)?？刂芇ID(IMC-PID)的方法,并將該方法應(yīng)用于超聲波電機(jī)的控制中,簡化了PID控制器的參數(shù)整定,使得控制器

3、只有一個(gè)參數(shù)需要調(diào)節(jié),同時(shí),將系統(tǒng)辨識后的模型引入控制器中,進(jìn)一步提高了控制性能。
　　(3)為解決超聲波電機(jī)輸入輸出非線性的問題,本文提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN:Neural Networks)和基于粒子群優(yōu)化(PSO:Particle Swarm Optimization)的智能算法的控制方案。構(gòu)造了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制器,并植入到實(shí)際的控制器中,對IMC-PID的參數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)。
　　(4)為解決超聲波電機(jī)特性的動(dòng)態(tài)變化問題,本

4、文在研究中,對傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重的調(diào)節(jié)策略進(jìn)行了改進(jìn),使用粒子群優(yōu)化算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重值進(jìn)行調(diào)節(jié),使得IMC-PID的參數(shù),可以根據(jù)控制效果在線調(diào)節(jié)。
　　(5)在實(shí)驗(yàn)部分:基于搭建的超聲波電機(jī)伺服系統(tǒng),對超聲波電機(jī)的特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究,得到了控制輸入和輸出的響應(yīng)關(guān)系,驗(yàn)證了超聲波電機(jī)的非線性和動(dòng)態(tài)特性。由于超聲波電機(jī)在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)以及有負(fù)載和無負(fù)載的情況下,表現(xiàn)出不同的特性,對不同工作情況下的超聲波電機(jī),基于傳統(tǒng)的IMC-