超磁致伸缩执行器特性分析及其控制策略研究

摘要

超磁致伸缩执行器具有推力强、输出位移大、反应迅速和分辨率高等优点,在微位移执行器、机器人、主动振动控制等领域展现出了广阔的应用前景。然而,超磁致伸缩执行器输出特性存在强烈的本征非线性和磁滞特性,阻碍了超磁致伸缩执行器的发展与应用。
　　本文对基于 J-A磁滞模型、压磁方程、二次畴转模型和超磁滞伸缩执行器动力学特性的超磁致伸缩执行器非线性动态模型进行分析,并对所建立的超磁致伸缩执行器的非线性动态模型的数值实现进行了研究。
　　为改善超磁致伸缩执行器控制系统的定位精度,提出了将模糊理论与 PID理论相结合的复合控制策略。该策略将模糊积分作用引入常规模糊控制器,实现了模糊PID控制;在控制过程中的不同阶段采用不同的控制方式。利用MATLAB模糊逻辑工具箱设计了P-模糊PID控制器。在simulink图形仿真环境下,利用P-模糊PID控制、常规模糊控制和常规PID控制方法进行控制实验。经仿真比较和分析,P-模糊 PID控制在保持常规模糊控制优点的同时,对其响应速度和灵敏度实现了改善,控制效果优于常规PID控制;P-模糊PID控制下的超磁致伸缩执行器响应迅速,无超调,控制精度高。最后,提出了带前馈补偿的P-模糊PID控制策略,并对BP神经网络逆模型前馈补偿环节和闭环P-模糊PID控制环节的软件实现进行了研究。

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1 绪论

1.1 选题依据

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究方法与内容

2 超磁致伸缩执行器的模型分析

2.1 超磁致伸缩材料的基本特性

2.2 超磁致伸缩执行器结构与工作原理

2.3 超磁致伸缩执行器的数学模型

2.4 超磁致伸缩执行器数学模型特性分析

2.5 本章小结

3 P-模糊PID控制研究

3.1 常规PID控制

3.2 模糊控制

3.3 P-模糊PID控制

3.4 本章小结

4 基于P-模糊PID控制的系统仿真及分析

4.1 超磁致伸缩执行器线性模型

4.2 系统仿真模型的建立

4.3 仿真实验与结果分析

4.5 本章小结

5 带逆补偿的P-模糊PID控制器研究

5.1 引言

5.2 BP神经网络前馈环节设计

5.3 P-模糊PID控制环节设计

5.4 本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的问题

6.3 展望

参考文献

附录

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