超声波电机转速专家PID与迭代学习控制研究

摘要

超声波电机作为一种新型的微特电机，已被人们认可并应用于航空航天、智能机器人等方面。超声波电机机电能量转换过程复杂，具有明显的非线性和时变特性。为提高其控制性能，神经网络等复杂控制策略已被提出，但这些方法计算复杂，导致系统硬件成本提高，不利于超声波电机的产业化应用。在电机控制的研究中，总是希望控制策略既能够满足性能期望，又能够具有较少的计算量以降低系统复杂度，从而降低成本并提高系统可靠性。
　　本研究在固定参数PID(Proportional Integral Derivative，PID)控制器性能研究的基础上，通过对超声电机典型控制过程的理论分析与转速控制实验研究，提出一种仅有2条专家规则的简单专家 PID控制方法。专家规则根据当前控制状况，调节PID控制参数，改善控制性能。与常规 PID控制相比，所提方法的在线计算量增加不大，易于采用单片机等器件实现。多种变化工况下的实验表明，所提方法对超声波电机特性变化及负载扰动的适应能力强，控制效果较好。研究了超声波电机转速的迭代学习控制方法。迭代学习控制算法简单，根据较少的经验知识确定相应的参数值，就能够实现超声波电机这种复杂被控对象的有效控制。针对超声波电机的控制特点，设计了P型迭代学习、PI型迭代学习和非线性迭代学习等三种转速控制律。实验表明，由于本质上的开环控制属性，非线性迭代学习律不能有效应对超声波电机的显著时变特性，可能导致稳态误差；P型和PI型迭代学习控制律能够使电机系统具有较好的学习能力，控制效果在学习过程中渐进改善，且算法简单易于实现。

目录

第1章 绪论

1.1超声波电机驱动技术的研究

1.2超声波电机控制技术的研究

1.3本文的主要工作及结构安排

第2章 超声波电机固定参数PID转速控制性能研究

2.1超声波电机固定参数PID控制方法仿真研究

2.2超声波电机固定参数PID控制的实验研究

2.3本章小结

第3章 基于简单专家规则的专家PID转速控制研究

3.1基于简单专家规则的专家PID控制策略

3.2专家PID规则的实验研究

3.3简单专家PID控制策略的性能测试

3.4基于曲线拟合的变参数PID控制器

3.5本章小结

第4章 超声波电机迭代学习转速控制策略研究

4.1迭代学习控制策略

4.2 P型迭代学习控制策略

4.3 PI型迭代学习控制策略

4.4非线性迭代学习控制策略研究

4.5本章小结

第5章 结论

5.1本文主要工作

5.2下一步研究内容

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果