超声波电机非线性动态特性分析与补偿

摘要

超声波电机具备许多电磁电机所没有的优点。尽管第一台超声波电机的发明距今不过60多年，但其已经在医疗器械、光学仪器仪表、民用产品等领域有着广阔的应用前景。
　　由于超声波电机自身结构的复杂程度，很难建立一个能够准确描述其动、静态特性的精确数学模型。本文从现象学模型的角度，结合超声波电机的运行机理，通过实验数据对电机的非线性动态特性进行分析，研究了电机中存在的“死区”现象和非对称动态特性，并对超声波电机的Hammerstein模型结构进行改进。
　　考虑超声波电机的“死区”现象，把电机模型改进为含死区非线性环节的Winner-Hammerstein模型结构；考虑到电机正、反转工作时其输出具有不对称性，把电机模型改进为含死区和非对称ARX（Auto-Regressive model with exogenous input，具有外加输入的自回归模型）动态环节的Hammerstein模型。并利用广义最小二乘法对上述两种模型结构的参数进行递推估计，通过引入切换函数和关键项分离法将模型输出转换为待辨识参数的类最小二乘格式，从而递推估计中间变量和模型参数。
　　最后，对具有非对称ARX模型结构的动态系统，从分段线性的角度研究了其模型辨识及多模型控制问题。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 超声波电机概述

1.3 超声波电机非线性动态特性

1.4 论文研究的主要内容和安排

1.5 本章小结

2 超声波电机非线性动态特性分析

2.1 引言

2.2 超声波电机结构模型

2.3 超声波电机死区特性

2.4 超声波电机动态不对称特性

2.5 本章小结

3 含有死区的Wiener-Hammerstein电机模型辨识

3.1 引言

3.2死区非线性环节辨识

3.3 含死区特性的Hammerstein模型辨识

3.4 含死区特性的Wiener-Hammerstein模型辨识

3.5 本章小结

4 含死区和非对称ARX的Hammerstein电机模型辨识

4.1 引言

4.2 Hammerstein模型的非对称动态环节

4.3 Hammerstein模型的死区非线性环节

4.4广义递推最小二乘法

4.5 仿真和实验验证

4.6 本章小结

5 非对称ARX动态系统混合模型辨识与补偿

5.1 引言

5.2 多模型PID控制方法原理

5.3 非对称ARX动态系统

5.4 多模型PID控制器设计

5.5 实验验证与仿真

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

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