GMA的動態遲滯特性建模及其補償控制策略研究

《GMA的動態遲滯特性建模及其補償控制策略研究》是依託杭州電子科技大學，由孟愛華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：GMA的動態遲滯特性建模及其補償控制策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孟愛華
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

超磁致伸縮致動器（GMA）在動態工作條件下存在明顯的遲滯效應，在精密定位、儀器動態跟蹤、主動隔振等套用中引起系統控制不穩定，一定程度上限制了GMA的套用。現有GMA遲滯模型多建立在準靜態模型基礎上，適用頻率範圍窄，參數辨識時間長。本項目在能量場模型和結構動力學原理基礎上，對與頻率、磁場變化率、應力相關的遲滯特性進行動態修訂，結合唯相運算元的表達形式，建立適用於寬頻帶工作的動態遲滯模型；並提出離線辨識和動態辨識相結合的二次參數辨識方法，縮短參數辨識時間；在此非線性模型基礎上，設計逆模補償控制器和非線性控制器，實現GMA的遲滯補償實時控制。本項目的研究成果將對GMA的動態性能研究和套用開發提供關鍵技術，並對其他具有遲滯效應的鐵磁、鐵電、鐵彈材料的研究套用提供借鑑和參考，同時在動態遲滯建模、參數辨識方法、控制策略研究方面具有重要的理論和學術價值。

結題摘要

超磁致伸縮致動器（GMA）在動態工作條件下存在明顯的遲滯效應，在精密定位、儀器動態跟蹤、主動隔振等套用中引起系統控制不穩定，一定程度上限制了GMA 的套用。現有GMA 遲滯模型多建立在準靜態模型基礎上，適用頻率範圍窄，參數辨識時間長。本項目在吉布斯自由能的基礎上，建立了磁致伸縮材料的非線性本構關係模型。結合Jiles-Atherton模型和結構動力學原理，對與頻率、磁場變化率、應力相關的遲滯特性進行動態修訂，建立適用於寬頻帶工作的動態遲滯模型。考慮實際使用中，GMA基本處於偏置和未飽和狀態，在分析遲滯曲線形狀和面積變化規律基礎上，建立GMM的偏置未飽和小回線遲滯模型。針對模型中存在的參數較多，且相互關聯，提出離線辨識和動態辨識相結合的二次參數辨識方法，主回線準靜態下模型參數進行離線辨識，而動態修訂參數進行線上辨識的策略，縮短了參數辨識時間。辨識方法採用粒子群算法和帶交叉因子的粒子群改進算法；在此非線性模型基礎上，設計了由CMAC神經網路實現的逆模補償控制器，結合PID控制，實現GMA 的遲滯補償實時控制，大大改善了系統的控制性能。