磁控形狀記憶合金執行器位移高精度控制方法研究

《磁控形狀記憶合金執行器位移高精度控制方法研究》是依託吉林大學，由周淼磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁控形狀記憶合金執行器位移高精度控制方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周淼磊
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

磁控形狀記憶合金執行器是一種基於新型功能材料的執行器，能夠在磁場作用下產生位移，兼具壓電和磁致伸縮執行器回響頻率快和溫控形狀記憶合金執行器輸出位移大的優點，具有廣闊的套用前景。但磁控形狀記憶合金執行器輸入磁場和輸出位移之間存在複雜的遲滯非線性，嚴重影響位移的精確輸出。本項目對磁控形狀記憶合金執行器輸出位移的高精度控制方法進行研究，分析其位移輸出特性並建立有效的遲滯非線性逆模型，進行基於逆模型的前饋與神經網路反饋控制的複合控制、自調整函式模糊控制等智慧型控制方法的研究，從而消除遲滯非線性的影響，提高磁控形狀記憶合金執行器輸出位移的控制精度，拓寬其在微定位領域的套用，為進一步研究磁控形狀記憶合金執行器精密微定位和微驅動裝置提供前期理論基礎。本項目是關於磁控形狀記憶合金執行器的一項前沿性科學研究工作，為控制、機械和材料三個學科的交叉研究項目，具有較大的理論研究意義和實際套用價值。

結題摘要

磁控形狀記憶合金（MSMA）執行器是一種基於新型功能材料的執行器，能夠在磁場作用下產生位移，兼具壓電和磁致伸縮執行器回響頻率快和溫控形狀記憶合金執行器輸出位移大的優點，具有廣闊的套用前景。但MSMA執行器輸入磁場和輸出位移之間存在複雜的遲滯非線性，嚴重影響位移的精確輸出。因此，對MSMA執行器輸出位移進行高精度控制方法的研究，能夠推動MSMA執行器在微定位領域的套用，為進一步研究MSMA執行器精密微定位和微驅動裝置提供前期理論基礎。本項目的主要研究內容為：建立MSMA執行器的遲滯非線性逆模型，並依據其逆模型設計前饋補償器，對MSMA執行器遲滯非線性進行開環控制研究。根據建立的MSMA執行器遲滯非線性逆模型，進行基於遲滯非線性逆模型前饋和智慧型控制方法相結合的複合控制方法研究，從而進一步提高執行器輸出位移的精度。具體內容包括：（1）利用神經網路以及Prandtl-Ishlinskii（PI）、KP、Presiach等模型描述MSMA執行器輸入輸出關係的遲滯非線性。（2）建立神經網路、Prandtl-Ishlinskii（PI）、KP和Presiach等遲滯非線性逆模型。根據逆控制理論，利用逆模型設計前饋控制器來實現對MSMA執行器遲滯非線性的補償，該前饋控制器能夠使MSMA執行器輸入輸出關係近似為單位映射，從而實現MSMA執行器在開環控制下的高精度位移輸出。（3）在上述遲滯逆模型的基礎上，結合神經網路等智慧型控制方法構造前饋反饋複合控制方法，從而進一步提高MSMA執行器輸出位移的精度。通過本項目的研究工作，有效的建立了MSMA執行器的遲滯非線性逆模型，提高MSMA執行器開環控制輸出位移精度，使其最大位移遲滯環由＞50%減小到＜2%，提出的閉環控制方法能夠消除MSMA執行器輸入磁場與輸出位移之間存在的遲滯非線性影響，解決遲滯非線性引起的系統振盪等問題，使其位移輸出精度優於±0.2μm。完成了本項目申請時的預期研究目標。在本基金項目支持下，課題組共發表學術論文15篇(10篇SCI收錄、4篇EI收錄)。培養博士和碩士研究生總計12人。申請專利1項。