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基于模型参考自适应控制的超磁致伸缩执行器控制策略与装置

作 者: 钟颖
导 师: 杨凌霄
学 校: 河南理工大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 超磁致伸缩执行器 模型参考自适应控制 RBF 单神经元 PID TMS320F2812
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


超磁致伸缩执行器(GMA)以其材料的快速响应速度和超大的磁致伸缩系数,在微米级和亚微米级进给装置中有着优越的表现。但GMA的固有磁滞非线性,为实现对超磁致伸缩执行器的精确控制提出了难题。为提高控制精度,达到动态性能好,自适应能力强等控制指标,文中完成了在建立了GMA神经网络模型的基础上,对执行器的控制算法的深入研究。本文以模型参考自适应控制(MRAC)为核心,文章首先对神经网络模型参考自适应控制进行了研究,同时该算法进行了位置跟踪实验、轨迹跟踪试验和复杂轨迹跟踪实验。实验结果表明,神经网络模型参考自适应控制在一定程度上实现了对超磁致伸缩执行器的动态、精确控制,但还存在自适应能力不好,动态性能和控制精度不高的问题。针对神经网络模型参考自适应控制中存在的问题,文中提出了单神经元PID模型参考自适应控制,通过位置跟踪实验、轨迹跟踪实验和复杂轨迹跟踪实验,可以看出该改进算法能很好的解决神经网络模型参考自适应控制中存在的动态特性较差,控制精度相对较低的问题,同时文中还验证单神经元PID具有很强自适应能力,可以实现在线控制。另一方面,在学习GMA的驱动电源的基础上,对驱动电源的保护电路进行了优化,初步计算出了执行器的重要机械尺寸。通过对执行器的建模和控制算法的研究,以TMS320LF2812为核心进行了控制器的硬件设计和软件调试。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 超磁致伸缩执行器研究的背景和意义  10-11
  1.2 超磁致伸执行器模型与控制算法的研究现状  11-13
    1.2.1 超磁致伸缩执行器的模型的研究现状  11
    1.2.2 超磁致伸缩执行器的控制算法研究现状  11-13
    1.2.3 模型参考自适应控制  13
  1.3 超磁致伸缩执行器装置的发展现状  13-14
  1.4 论文项目来源及主要内容  14-16
2 超磁致伸缩执行器模型的建立  16-30
  2.1 GMA 特性  16-19
    2.1.1 GMM 磁致伸缩机理  16-17
    2.1.2 GMA 的基本特性  17-19
  2.2 超磁致伸缩执行器的静态特性  19-21
  2.3 计及涡流的 GMA 的磁滞非线性动态模型  21-25
    2.3.1 J-A 模型  21-22
    2.3.2 超磁致伸缩执行器非线性动态模型  22-24
    2.3.3 计及涡流的GMA 磁滞线性动态模型  24-25
  2.4 超磁致伸缩执行器的神经网络模型  25-28
    2.4.1 RBF 神经网络辨识器学习过程  26-27
    2.4.2 神经网络模型  27-28
  2.5 本章小结  28-30
3 神经网络模型参考自适应控制  30-38
  3.1 模型参考自适应控制  30-31
  3.2 神经网络模型参考自适应控制  31-32
  3.3 神经网络模型参考自适应控制器实现  32-34
  3.4 仿真实验  34-37
    3.4.1 位置跟踪实验  34-35
    3.4.2 轨迹跟踪实验  35-36
    3.4.3 复杂轨迹跟踪实验  36-37
  3.5 本章小结  37-38
4 基于单神经元 PID 模型参考自适应控制  38-50
  4.1 PID 控制器  38-39
  4.2 单神经元自适应 PID 控制器实现  39-42
    4.2.1 单神经元控制器  40-41
    4.2.2 单神经元自适应PID 控制器  41-42
    4.2.3 采用二次型性能指标的学习算法  42
  4.3 单神经元 PID 模型参考自适应控制  42-43
  4.4 控制算法仿真实验  43-47
    4.4.1 轨迹跟踪实验  43-45
    4.4.2 位置跟踪实验  45-46
    4.4.3 复杂信号轨迹跟踪实验  46-47
  4.5 本章小结  47-50
5 GMA 装置及控制器设计  50-68
  5.1 超磁致伸缩棒特性  50-51
  5.2 GMA 各部件的尺寸初步设计  51-54
  5.3 高稳定度双向可控恒流源设计  54-57
  5.4 DSP 控制单元的硬件设计  57-64
    5.4.1 控制器选型  58
    5.4.2 模拟量输入通道设计  58-60
    5.4.3 模拟量输出通道设计  60-61
    5.4.4 电源模块  61-62
    5.4.5 时钟电路和手动复位  62-63
    5.4.6 抗干扰  63-64
  5.5 软件设计与调试  64-67
  5.6 本章小结  67-68
6 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-74
作者简介  74-75
学位论文数据集  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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