伺服閥用超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器控制技術(shù)的研究.pdf

1、近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)新型功能材料在電液伺服閥領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)展了相關(guān)研究，特別是以超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material，簡(jiǎn)寫(xiě)為GMM）為基礎(chǔ)的新型電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的研制與開(kāi)發(fā)，為從根本上提高電液伺服閥流量、頻響等性能指標(biāo)開(kāi)拓了思路、注入了活力。然而就現(xiàn)階段而言，由于GMM內(nèi)部復(fù)雜的本征非線性與磁滯特性，使得GMM及其電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的實(shí)際應(yīng)用中存在輸出位移或力滯回性強(qiáng)、非線性嚴(yán)重、定位精度不高等一些關(guān)鍵

2、技術(shù)難題亟需突破，本文以超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器（Giant Magnetostrictive Actuator，簡(jiǎn)稱GMA）在電液伺服領(lǐng)域的應(yīng)用為背景，著重對(duì)GMA的磁滯非線性建模及其控制技術(shù)展開(kāi)研究。
　　在GMA磁滯非線性建模技術(shù)方面，在詳細(xì)分析GMA結(jié)構(gòu)組成和工作原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Preisach和Prandtl-Ishlinskii磁滯理論分別對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)輸入信號(hào)下GMA輸出-輸入的滯回非線性行為進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，所建Pre

3、isach靜態(tài)磁滯模型較好地表征了GMA準(zhǔn)靜態(tài)輸入信號(hào)下的磁滯情況，為擴(kuò)大Preisach磁滯模型的應(yīng)用范圍，繼而提出一種新型雙曲正切動(dòng)態(tài)磁滯算子，其形狀參數(shù)為輸入變化率的雙曲正切函數(shù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了GMA的動(dòng)態(tài)Preisach模型，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成了模型參數(shù)辨識(shí)，結(jié)果表明在20～120Hz頻率的輸入電流下，該動(dòng)態(tài)Preisach模型的最大預(yù)測(cè)位移均方根誤差為1.62μm，最大絕對(duì)位移誤差為3.87μm?？紤]到后續(xù)GMA控制系統(tǒng)

4、研究需求，為克服Preisach模型分布函數(shù)難以獲得，逆模型算法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜等缺點(diǎn)，在Preisach模型基礎(chǔ)上擴(kuò)展建立Prandtl-Ishlinskii磁滯模型，并對(duì)該模型進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)研究，研究表明GMA的Prandtl-Ishlinskii磁滯模型能夠靈活地描述GMM器件的各種磁滯行為，且便于實(shí)現(xiàn)控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)應(yīng)用；
　　在GMA控制技術(shù)方面，研發(fā)了一套基于TMS320F2812DSP的控制系統(tǒng)，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、D

5、/A轉(zhuǎn)換模塊、串行接口模塊、伺服放大器模塊等模塊，繼而在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS3.3下完成控制系統(tǒng)相應(yīng)軟件的開(kāi)發(fā)。最后搭建了GMA控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并利用Prandtl-Ishlinskii模型構(gòu)造的前饋補(bǔ)償器進(jìn)行前饋控制實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于TMS320F2812的控制系統(tǒng)可以有效地補(bǔ)償輸入信號(hào)頻率在10～100Hz變化范圍內(nèi)GMA的磁滯非線性，為超磁致伸縮材料及其電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的進(jìn)一步應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)