迟滞非线性

摘要： 压电驱动器位移输出的非线性特性,如迟滞的记忆特性及速率相关性,使压电驱动器的建模与控制较难。该文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的新型位移输出控制方法。建立相应的位移输出实验平台来验证和分析压电驱动器的滞后现象。使用GRU模拟滞后的内存特性及采用两个全连接层来模拟速率依赖性。该模型是一个端到端系统,其中压电陶瓷和位移放大机构被视为一个整体。针对不同电压输入预测的输出位移量表明,该模型对速率相关的滞后具有很强的泛化能力。使用相同的循环神经网络结构构建逆模型,并进行实验测试。实验结果表明,所提出的位移输出控制法有效地削弱了压电驱动器的非线性特性,有利于将线性系统控制法与前馈补偿法相结合。

摘要： 压电宏纤维(marco fiber composite,MFC)具有柔性好、变形能力强的优点,但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,解决经典PI迟滞模型的缺陷(对称性);该模型基于经典PI迟滞模型,叠加一系列不同权重、不同阈值的双边死区算子获得,基于最小二乘法的迟滞模型辨识结果表明,改进PI迟滞模型对MFC致动器的迟滞建模误差从PI迟滞模型误差的16.06%降到5.58%。另外,建立系统的离散传递函数模型来描述系统的线性动态特性,并与改进PI迟滞模型串联得到组合模型,解决纯迟滞模型仅能描述低频、准静态情况下的迟滞特性问题。在前馈补偿下,对MFC致动的柔性臂进行正弦波轨迹跟踪试验,测得补偿后实测位移与期望跟踪位移基本吻合,跟踪精度达到93.62%以上。试验结果证明,所提出的改进PI迟滞模型、离散传递函数模型及补偿方法的有效性。

摘要： 针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。

摘要： 针对压电陶瓷固有的迟滞非线性,设计了一种基于深度神经网络(DNN)的前馈补偿控制系统。该系统包含1个输入层、7个隐藏层和1个输出层。实验结果表明,开环情况下压电陶瓷的位移线性误差达8.91μm。施加神经网络前馈补偿后,压电陶瓷的最大位移误差降低到80 nm,稳态误差为±20 nm。进一步测试表明,在10~100 Hz输入频率下系统最大误差小于100 nm,均方根误差为0.01μm,验证了深度神经网络能够准确补偿压电陶瓷动态迟滞非线性,具有较好的频率泛化能力。

摘要： 压电驱动器的迟滞严重影响压电驱动的定位系统的性能。广义自抗扰控制以线性模型为基准模型,只需估计、补偿非线性和未精确建模的部分模型,进而将实际系统转换为线性系统。为进一步降低迟滞对系统性能的影响,利用微分信号的相位超前性,以总扰动观测值的微分信号优化总扰动估计的相位,提出相位优化的广义自抗扰控制。从参考模型的角度解释扩张状态观测器,获得广义自抗扰控制的参数整定规律。纳米定位实验结果表明,相位优化的广义自抗扰控制的动态响应、抑制干扰和迟滞的能力都优于广义自抗扰控制。

摘要： 两粗糙表面的接触本质上是大量微凸体的接触,具有复杂的力学行为,连接界面的力学建模是重要的科学问题。从微观角度出发,对单个微凸体进行接触分析,并考虑了微凸体相互作用造成的基底面的下降,根据分形理论积分,建立了整个接触面的法向接触模型。利用该模型,可确定在给定法向预紧载荷下微接触截面积的概率密度函数;根据Mindlin模型、Masing准则和分形理论,建立了两粗糙表面接触的切向载荷与切向位移的关系,并研究了不同参数对系统能量耗散的影响。数值仿真结果表明,能量耗散随分形维数D增大而增大,随分形粗糙度参数G及法向预紧力增大而降低。

摘要： 压电定位平台以压电陶瓷、柔性铰链作为驱动及放大机构,具有高定位精度和快响应速度,被广泛应用于各种精密/超精密定位领域。压电定位平台面临的主要挑战是压电陶瓷的固有迟滞非线性特性,这严重影响平台的定位和跟踪精度。针对此问题,提出一种基于Hammerstein结构的迟滞建模方法及基于此模型的输入-输出反馈线性化控制策略。首先,建立Hammerstein结构的迟滞模型,并进行模型参数估计。接着,以基于Hammerstein模型的输入-输出反馈线性化控制策略设计跟踪控制器。最后,在压电定位平台上对建立的模型和设计的跟踪控制器进行实验验证。模型辨识实验结果表明:提出的Hammerstein模型能有效地拟合压电定位平台输入量与输出量之间的迟滞非线性特性,其均方根误差小于0.5μm。轨迹跟踪实验结果表明:设计的跟踪控制器对期望信号(幅值60μm,频率100 Hz)的跟踪均方根误差为0.9266μm,相较于基于改进的速率相关PI(Modified Rate-dependent Prandtl-Ishlinskii,MRPI)模型的前馈补偿跟踪控制、基于MRPI模型的前馈补偿与PID反馈复合跟踪控制,精度分别提高81.22%、46.25%。

摘要： 针对传统Prandtl-Ishlinskii(PI)模型不能反映压电式气体比例阀迟滞非对称特性而导致其补偿控制精度难以提高的问题,提出了一种改进的PI模型,通过添加3次多项式使其能拟合压电式气体流量比例控制阀的非对称迟滞曲线。利用改进的自适应粒子群遗传算法辨识所需的模型参数,模型相对误差为0.0073%,并将模型用于前馈补偿控制。实验结果表明,基于迟滞模型的前馈补偿控制可显著提高压电式气体比例阀输出流量控制的快速性,调节时间降低了60%。

摘要： 力矩促动器的迟滞非线性降低了系统的控制精度。为了解决该问题,建立了可以精确描述该迟滞现象的模型并提出了合理的补偿控制方案。首先,根据迟滞曲线的非中心对称的特性,基于Prandtl-Ishlinskii模型对力矩促动器的迟滞非线性进行分段建模,并采用LMS算法进行模型参数的优化辨识,模型预测误差的RMS值为0.08111N。然后,通过PI模型的解析逆模型进行补偿控制。实验结果表明,采用逆模型补偿后,力矩促动器输出力误差的RMS值从1.888N降低到0.2596N,误差的方均根值降低了86.25%,有效保证了系统的控制精度。

摘要： 形状记忆合金(SMA)是智能材料中的一种,具有功率重量比大、质量轻、无噪音等特性.作为驱动器有利于结构的小型化和轻型化.然而SMA的非线性、多映射的迟滞特性严重影响了输出力的精确控制.为此,本文提出了基于扰动补偿策略的自适应控制方法用于SMA输出力的精确控制.首先,搭建了SMA驱动的手指实验装置,建立了机理模型;其次,采用状态观测器对系统的总扰动进行了实时估计;最后,基于机理模型设计了自适应控制器,并进行了阶跃信号、正弦信号、抗负载扰动实验.实验结果表明,基于扰动补偿的自适应控制方法不需要系统精确建模,参数调节方便.在保证系统稳定和跟踪精度的同时,具有较强的鲁棒性.

摘要： 精细积分法(PIM)具有较高的计算效率和计算精度,本文应用该方法求解具有迟滞非线性的二元机翼颤振系统.根据迟滞非线性分段线性特点,将该系统分解为六个线性子系统,并采用PIM法逐段积分求解.在求解的过程中,为了避免矩阵求逆的困难采用扩维的方法,并将非齐次方程转化为齐次方程.采用了预估校正的方法,能精确地确定系统状态在子系统间转换的分界点,从而提高了计算精度.所得结果与R-K法结果及解析解相比较,验证了精细积分法的精度及计算效率.

摘要： 为了消除压电执行器迟滞特性的不良影响，建立了神经网络动态迟滞模型。首先提出了一个动态迟滞算子来提取迟滞的记忆性和速率相关性，并刻画了迟滞的非平滑性，同时将迟滞的多值映射转化成一一映射，为迟滞的神经网络辨识提供了前提条件。然后用神经网络来逼近这个一一映射建立迟滞的动态模型。该模型结构简单、能够反映速率相关迟滞的动态特性、易于调整参数以适应不同条件下的迟滞辨识。最后应用该方法对压电执行器中的动态迟滞非线性进行了建模。

摘要： 本文针对一类迟滞非线性系统的跟踪控制问题，提出一种新型的变论域模糊H∞控制方法，该控制器能够保证被控闭环系统各变量的有界性，提高系统的鲁棒性，并使得该系统输出能够跟踪给定的目标。为设计控制器，我们先根据系统的非线性和迟滞特性构造了一个复合隐函数，然后再推出该隐函数存在唯一解，这个解使得系统输出跟踪到指定目标信号的误差收敛到O。因此，不必使用逆补偿方法构造或者逼近迟滞的逆系统，本文的做法是构造控制器去逼近上述隐函数的唯一解。文中最后给出跟踪实例的实验仿真。

摘要： 越来越多的实验和研究表明，汽车悬架系统的非线性是不可忽略的。现阶段在关于汽车悬架系统振动中，有很多的研究是考虑悬架系统非线性。但是在对于悬架系统在路面激励下发生的混沌方面，还有许多方面值得我们深入研究。本文在建立1/2 四自由度汽车悬架系统并考虑悬架系统的迟滞非线性的前提下，假定路面输入正弦激励，采用Poncare 图来研究汽车悬架系统的混沌响应，并且得到在迟滞非线性系统中，很容易产生混沌响应从而对汽车的振动产生较大的危害。

摘要： 本文首先建立了悬架系统的数学模型.由于悬架系统中具有众多的橡胶减振元件,其应力-应变循环具有变刚度变阻尼的非光滑、强非线性特性,恢复力表现出与变形历史有关的迟滞性.为了建立其数学模型,论文将恢复力分解成非迟滞非线性弹性恢复力和纯迟滞非线性阻尼力两部分,并用多项式和类椭圆函数分别进行模拟,用所建模型重构恢复力-位移迟滞回线,与试验结果吻合较好.然后利用系统动力学和随机振动理论,将汽车简化为四自由度模型,建立考虑悬架迟滞非线性特性的整车系统在路面随机激励下的非线性动力学方程.最后用Monto Carlo 法模拟路面随机激励谱,在时域内对整车非线性系统振动特性进行仿真,并与传统的考虑线性悬架系统的整车动力学特性进行对比,以研究悬架迟滞非线性特性对汽车平顺性的影响.

摘要： 运用坐标变换方法和仿射映射的有关原理,对迟滞系统的输入信号进行变换映射.利用集合理论证明了变换后,迟滞的输入输出集合是双射的,从而对在光滑周期信号作用下的一类迟滞非线性进行建模.不仅建立了动态迟滞模型,而且也建立了相应的动态逆模型.仿真试验验证了所提出方法的有效性.

摘要： 压电驱动器因其驱动位移分辨率微小，非常适合于精密驱动领域的应用。然而，大多数压电驱动器是由压电陶瓷材料制成的，具有迟滞非线性的天然缺陷。为了补偿压电陶瓷驱动器的这种迟滞非线性，人们提出了一种基于逆模型的控制方法，该方法主要利用精确的迟滞模型来补偿压电驱动器的迟滞非线性。经典的Prandtl-Ishlinskii 迟滞模型具有算法简单、易于实时控制器实现等优点，但是该模型只能模拟中心对称的迟滞回线，而压电驱动器的迟滞回线是中心非对称的，因此该模型不能直接用于对压电驱动器的迟滞非线性建模。本文为解决此问题而提出了一种改进的Prandtl-Ishlinskii 模型。与经典的Prandtl-Ishlinskii 模型不同的是，本文提出的改进模型由两个非中心对称的迟滞算子复合构成，它们能够分别模型迟滞回线的上升分支和下降分支。改进的Prandtl-Ishlinskii 模型的一些特性也与经典Prandtl-Ishlinskii 模型不同，改进的模型满足记忆擦除特性，但是不满足次环一致特性。为了验证新的模型用于压电陶瓷驱动器迟滞建模的效果，采取了一套迟滞测试系统对一块压电叠堆驱动器的迟滞回线进行了测试。利用新的迟滞模型来模拟所测得的迟滞回线，通过比较测试的迟滞回线与模拟的迟滞回线，发现本文所提出的改进模型具有很高的建模精确度。最大的建模误差为测试数据范围的1.87％，相比之下经典Prandtl-Ishlinskii 模型的最大建模误差达到了7.78％。

摘要： 超磁致驱动器的迟滞非线性特性是影响信号跟踪精度的主要因素。对所设计的超磁致驱动器用传递函数和频率无关迟滞模型串联建立了频率相关特性。采用Duhem模型对超磁致驱动器建立频率无关的迟滞模型。对Duhem模型进行可逆性分析的基础上,建立了超磁致驱动器的迟滞逆模型。利用建立的迟滞逆模型与传递函数的相位补偿共同构成PID反馈控制的前馈环节来补偿迟滞非线性。实验结果表明,该逆模补偿方法能够有效地降低非线性迟滞特性对超磁致驱动器位移输出精度的影响。

摘要： 压电微位移驱动器在精确定位与微操作等方面有很广泛的应用前景。与其它驱动器相比，它具有体积小、分辨率高、响应速度快、可控精度高、不发热、低能耗、无电磁干扰等优点。南于以上优点，压电驱动定位系统得到了周内外的广泛重视。对以柔性铰链机构作为导轨，以压电微位移驱动器作为控制元件的超微定位系统进行了系统地分析，分析了构成超微定位系统的各个组成部分的发展及关键技术，并回顾了精密定位平台在国内外的发展概况。

摘要： 压电微位移驱动器在精确定位与微操作等方面有很广泛的应用前景。与其它驱动器相比，它具有体积小、分辨率高、响应速度快、可控精度高、不发热、低能耗、无电磁干扰等优点。南于以上优点，压电驱动定位系统得到了周内外的广泛重视。对以柔性铰链机构作为导轨，以压电微位移驱动器作为控制元件的超微定位系统进行了系统地分析，分析了构成超微定位系统的各个组成部分的发展及关键技术，并回顾了精密定位平台在国内外的发展概况。

摘要： 本发明公开了一种基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法，包括建立车辆动力学数学模型、轮胎数学模型、电磁制动器数学模型、电子液压制动器数学模型和参考滑移率数学模型；根据电子液压制动器数学模型和电磁制动器数学模型设计执行模块1和执行模块2，根据车辆动力学数学模型、轮胎数学模型和参考滑移率数学模型计算模块1计算出所需的制动力矩，执行模块1提供所需制动力矩；计算模块2根据电子液压制动器计算出所需要的迟滞补偿制动力矩，执行模块2提供所需的迟滞补偿制动力矩。有益效果：不仅减少了力矩传感器的成本，能够有效提高汽车ABS的控制精度和响应速度，使滑移率迅速收敛到目标值，保证汽车的制动安全。

摘要： 本发明公开了一种基于率相关迟滞模型的外腔半导体激光器非线性模型、修正方法、设备及存储介质，非线性修正方法具体为：将各频率的线性驱动信号输入激光器，同步采集驱动信号与包含光频信息的Fabry‑Perot标准具输出信号，获取间隔一定频率的一组光频曲线；将光频曲线组与线性驱动信号分别作为模型输入信号与输出信号，通过MS算法联合遗传算法优化，建立RAPI逆模型；将理想光频曲线组与频率信息输入RAPI逆模型，输出对应频率下的驱动信号，送入激光控制器的频率调制输入端，实现光频非线性修正。本发明生成多驱动频率下对应的驱动信号，输入到激光器实现非线性修正，具有宽扫频速率适用范围，成本低，效率高，稳定性好。

摘要： 本发明提供一种压电陶瓷作动器的迟滞非线性模拟方法，能够描述压电陶瓷作动器的迟滞非线性、精度不再依赖于单元数量，属于压电陶瓷作动器迟滞非线性拟合技术领域。S1：根据饱和变形函数S(x)和分布刚度函数k(x)表征弹性‑滑动单元，建立压电陶瓷作动器的弹性‑滑动分布参数模型：及弹性单元模拟分布式弹簧，滑动单元模拟分布式滑块，弹性单元和滑动单元串联构成弹性‑滑动单元；S2：根据被模拟压电陶瓷作动器的输入电压和输出位移数据，辨识出利用建立的模型的参数，利用辨识出参数的模型对压电陶瓷作动器的迟滞非线性进行拟合。

摘要： 本发明的目的是为了解决现有模型模拟压电陶瓷作动器迟滞非线性的误差大的问题，属于压电陶瓷作动器的迟滞非线性模拟领域。本发明：采用电荷受限电容器与理想电容器的并联网络表征压电陶瓷的具有负电容切换的Weiss域；采用电压受限电容器与理想电容器的串联网络表征压电陶瓷的具有正电容切换的Weiss域；通过电荷受限电容器、电压受限电容器和理想电容器的串并联网络模拟压电陶瓷作动器的迟滞非线性，建立饱和电容模型；模型输入：通过串并联网络的电荷量；模型输出：串并联网络两端的电压值；输入电荷量与输出电压之间的迟滞环模拟压电陶瓷作动器的迟滞非线性。本发明得到的迟滞环与压电陶瓷作动器试验获得的迟滞环的均方根误差为0.58％。

摘要： 本发明提出了一种用于压电驱动器迟滞非线性补偿的实时控制方法，具体步骤为：将压电驱动器t时刻的输入信号电压值与t‑T时刻的输入信号电压值做比较，确定控制器的输出信号；将控制控制器的输出电压信号作为压电驱动器的输入电压信号，得到压电驱动器的输出位移；根据输出位移实时调整控制器参数。本发明控制结构简单，根据误差数据进行自适应调整参数，减小压电驱动器输出位移的控制误差。

摘要： 本发明公开了一种迟滞非线性伺服电机系统滑模控制方法，涉及机电控制技术领域，设计了滑模状态观测器观测系统未知状态，解决了迟滞伺服电机系统状态变量如伺服电机角速度、角加速度、负载角速度、负载角加速度、迟滞环节等难以直接测得，从而影响控制器设计的问题；将系统其余未知部分看作扰动，利用仅有一层的切比雪夫神经网络估计系统未知扰动，避免了同时设计扰动观测器和状态观测器，降低了控制难度，解决了迟滞伺服电机系统未知扰动的估计问题；设计了滑模控制器，通过调节跟踪误差和滑模面，实现迟滞伺服电机系统的精确跟踪控制，精度高，鲁棒性强，降低了算法难度，统一了模型，更具有一般性。

摘要： 本发明提供一种采用Maxwell模型对压电陶瓷作动器迟滞非线性在线辨识和补偿的方法及系统，属于迟滞非线性模型参数辨识和补偿领域。本发明的Maxwell模型由n个Maxwell单元组成，n为正整数，每个Maxwell单元由一个滑块和一个弹簧组成；本发明包括：S1、以电压u作为压电陶瓷作动器的控制输入信号，获得位移输出信号y；S2、利用u和y对Maxwell模型的非线性参数进行辨识；S3、利用辨识出的参数建立Maxwell模型的逆模型，利用该逆模型补偿压电陶瓷迟滞非线性，逆模型的输入为期望输入ur，输出作为控制输入u。本发明可以适应压电陶瓷由于负载、温度以及材料老化等因素导致压电陶瓷作动器的参数变化，提高逆模型补偿精度。

摘要： 本发明公开了一种用于压电驱动器动态迟滞补偿的非线性逆控制方法。针对动态迟滞系统存在的建模困难，大多数模型不能够准确逆解析的问题，基于Prandtl‑Ishlinskii模型进行压电驱动器的非线性逆控制；通过建立与输入频率有关的动态临界值得到速率相关的play算子，将速率相关的play算子与密度函数相结合得到速率相关的Prandtl‑Ishlinskii模型；在不同的输入频率下测得迟滞主环，用来确定模型参数；通过求解初始负载曲线的逆求得模型逆参数，进而得到速率相关的Prandtl‑Ishlinskii逆模型；将Prandtl‑Ishlinskii模型及其逆模型用于开环控制系统中，补偿压电驱动器迟滞非线性特性。经实验验证，速率相关的Prandtl‑Ishlinskii模型能准确地描述压电驱动器的迟滞非线性，速率相关的Prandtl‑Ishlinskii逆模型提高了迟滞非线性系统的定位和控制精度。

摘要： 本发明针对压电陶瓷执行器的非线性特性，提供一种压电陶瓷执行器迟滞的非线性PID逆补偿控制方法。通过数值方法建立Preisach迟滞逆模型，并且利用所建立的逆模型进行串级补偿。然后，为了提高控制器的抗干扰能力，设计了非线性PID控制器。此非线性PID控制器改变了传统PID对误差直接积分的方式，采用具有小误差放大，大误差饱和的非线性函数对误差进行积分。所建立的迟滞逆补偿能够较好地补偿压电陶瓷的迟滞非线性，在此基础上建立的非线性PID逆补偿控制不但能够减小积分带来的震荡，并且提高了控制器的控制精度。

摘要： 一种基于Rayleigh模型的压电驱动系统迟滞非线性抑制方法，先采用Rayleigh模型对压电驱动系统静态迟滞特性进行建模，再基于压电陶瓷拟压电系数d33与驱动频率对数值线性负相关的物理规律，构建压电驱动系统动态迟滞模型，最后基于能量法构建迟滞非线性的逆模型，通过前馈控制方法实现动态补偿；本发明对压电驱动系统的迟滞和蠕变进行有效控制，具有逆模型建模简单、求解计算简单等优点，满足了现代精密制造对压电定位装置高精度、高跟踪性能的要求，提高了工作效率。