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扩散硅压力传感器迟滞建模与补偿研究

作　者: 杨俊
导　师: 党选举
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 迟滞算子 T-S模糊模型嵌入式系统 Windows CE ARM
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 127次
引　用: 1次
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内容摘要

扩散硅压力传感器是目前用于测量压力的一种重要传感器,被广泛应用于工业、农业、气象部门、航天航空等领域。随着半导体技术的发展,扩散硅压力传感器的各项技术指标不断提高,但扩散硅压力传感器本身固有的非常规、多值对应的迟滞非线性特性,限制了其测量精度。目前国内外针对传感器迟滞特性的研究还比较少,已有文献证明不能直接使用神经网络对其进行建模,大部分学者的工作是把迟滞非线性当作一般非线性处理,其结果不能满足补偿精度的要求。因此本文引入迟滞算子的概念,建立T-S模糊动态迟滞模型,实现对迟滞的智能补偿,并在此基础上设计了基于ARM的嵌入式智能扩散硅压力传感器补偿系统,本文主要获得如下成果:1.借鉴提升输入维数的思想,引入一个迟滞算子,将迟滞非线性的多值映射转化为单值映射,建立一个基于算子的T-S模糊动态迟滞模型,该模型具有结构简单、易于辨识算法等优点。2.引入与迟滞算子作用类似的迟滞逆算子,将多值映射转化为单值映射,建立一个基于逆算子的T-S模糊动态迟滞逆模型,将该逆模型置于被补偿对象后面进行迟滞非线性补偿,实现了对扩散硅压力传感器的智能补偿。3.在32位ARM微处理器的EM9000嵌入式模块平台上,设计了Windows CE嵌入式扩散硅压力传感器补偿系统,完成了嵌入式扩散硅压力传感器系统的设计与开发,并结合迟滞智能补偿原理,实现了对扩散硅压力传感器高精度测量的实时性要求,与未补偿的扩散硅压力传感器迟滞相比精度提高了约四倍,证明了建立的T-S模型是非常有效性的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 扩散硅压力传感器基本结构和原理介绍  8-10
    1.1.1 扩散硅压力传感器基本结构  8-9
    1.1.2 扩散硅压力传感器基本原理  9
    1.1.3 影响扩散硅压力传感器迟滞特性的因素  9-10
  1.2 扩散硅压力传感器国内外发展状况  10-11
  1.3 课题来源和主要研究内容  11
  1.4 论文结构安排  11-13
第二章迟滞的定义及数学模型介绍  13-24
  2.1 迟滞的定义  13-14
  2.2 迟滞数学模型  14-22
    2.2.1 基于微分方程的模型  15-17
      2.2.1.1 Duhem 模型  15
      2.2.1.2 Jiles-Atherton(JA)模型  15-16
      2.2.1.3 Chua-Stromsmoe 模型  16
      2.2.1.4 Bouc-Wen 模型  16-17
    2.2.2 基于算子类的模型  17-21
      2.2.2.1 Preisach 模型  17-18
      2.2.2.2 KP (Krasnosel’skii-Pokrovskii)模型  18-19
      2.2.2.3 PI (Prandtl-Ishlinskii)模型  19-20
      2.2.2.4 TK(Tao-Kolotovic)模型  20-21
    2.2.3 基于神经网络的模型  21-22
  2.3 迟滞系统的补偿方案  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章基于迟滞算子的迟滞非线性建模与补偿  24-46
  3.1 引言  24-25
  3.2 T-S 模糊模型的数学描述  25-29
    3.2.1 基于T-S 模糊模型的ANFIS 结构  26-27
    3.2.2 T-S 模糊模型的辨识  27-29
  3.3 动态T-S 模糊迟滞模型  29-30
  3.4 扩散硅压力传感器迟滞非线性神经网络建模  30-37
    3.4.1 迟滞算子  30-33
    3.4.2 基于迟滞算子的模糊神经网络模型  33
    3.4.3 仿真与比较  33-37
  3.5 基于迟滞逆算子的T-S 模糊逆模型建模与补偿  37-43
    3.5.1 迟滞逆算子  38-40
    3.5.2 基于迟滞逆算子空间维数的提升  40
    3.5.3 仿真与比较  40-43
  3.6 扩散硅压力传感器迟滞非线性的智能补偿  43-45
  3.7 本章小结  45-46
第四章嵌入式系统概述及设计开发  46-55
  4.1 嵌入式系统  46-47
    4.1.1 嵌入式系统的特点  46-47
    4.1.2 嵌入式系统的硬件和软件  47
  4.2 嵌入式微处理器(EMPU)  47-48
  4.3 WINDOWS CE 嵌入式操作系统  48-52
    4.3.1 嵌入式操作系统  48-49
    4.3.2 Windows CE 嵌入式操作系统  49-52
      4.3.2.1 Windows CE 系统简介  49-50
      4.3.2.2 Windows CE 的特点  50-51
      4.3.2.3 Windows CE 体系结构和功能  51-52
  4.4 基于WINDOWS CE 的嵌入式系统开发流程  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章嵌入式智能扩散硅压力传感器补偿系统设计与实现  55-69
  5.1 嵌入式扩散硅压力传感器系统的总体设计  55-56
  5.2 压力测量信号的的采集  56-58
  5.3 采样信号的滤波处理  58-59
  5.4 迟滞补偿算法  59-60
  5.5 LCD 显示  60-62
  5.6 调试与运行  62-68
  5.7 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 进一步需要完善的工作  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
作者读研期间已发表的论文  77

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