[發(fā)明專利]實時磁滯逆模型對系統(tǒng)進行補償實現(xiàn)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010186108.6
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101833284A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 谷國迎;朱利民;劉品寬;賴磊捷;李朋志
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種控制技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種實時磁滯逆模型對系統(tǒng)進行補償實現(xiàn)的方法。

背景技術(shù)

在微驅(qū)動和納米定位領(lǐng)域中，由于具有強輸出力，高帶寬和快速響應等優(yōu)勢，壓電陶瓷驅(qū)動器(piezoelectric?actuator)被廣泛應用。然而，壓電材料具有固有的磁滯(hysteresis)特性，會造成系統(tǒng)精度差，易產(chǎn)生振蕩，甚至導致整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。磁滯非線性是一種輸入電壓和輸出位移的多值映射現(xiàn)象，例如，壓電陶瓷驅(qū)動器會產(chǎn)生10％～15％的滿量程磁滯誤差。而且磁滯誤差會隨著輸入信號頻率和幅值的增加而變大，從而急劇增加驅(qū)動器的定位誤差。因此為提高壓電陶瓷驅(qū)動器的快速定位和跟蹤精度，滿足納米級加工和操作的要求，急需建立精確地頻率依賴的磁滯非線性模型。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國申請?zhí)枮?00510022383.3，公開號為CN?1794116A，名稱為“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遲滯特性建模方法”，該技術(shù)自述為：有遲滯特性的系統(tǒng)H[·]，在不同的時刻t1，t2若是輸入相同v(t1)＝v(t2)，其遲滯輸出不同H[v(t1)]≠H[v(t2)]；其特征在于：引入遲滯因子f(x)，在不同的時刻t1和t2，遲滯因子的輸入x(t1)＝x(t2)，且x(t1)，x(t2)不是極值點，那么遲滯因子的輸出f[x(t1)]≠f[x(t2)]；以與遲滯系統(tǒng)相同的輸入v(t)作為遲滯因子的輸入，f[v(t1)]≠f[v(t2)]；把(v(t)，f[v(t)])作為一個輸入，對于不同的時刻t1、t2，當v(t1)＝v(t2)，(v(t1)，f[v(t1)])≠(v(t2)，f[v(t2)])，每一個輸入(v(t)，f[(t)])唯一的對應于一個遲滯輸出H[v(t)]，遲滯系統(tǒng)的多映射變換成一一映射，以此為基礎(chǔ)建立遲滯特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。該技術(shù)需要采用復雜的遲滯因子將多映射的磁滯特性變?yōu)橐灰挥成洌M而還需要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來描述輸入輸出間的關(guān)系。

現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)構(gòu)造了多種物理或數(shù)學模型來表征磁滯特性，目前比較常用的有Preisach模型和Prandtl-Ishlinskii模型。但這些模型多用來表征頻率無關(guān)的磁滯特性，不能很好的建模高頻輸入信號下的磁滯曲線，而且多采用復雜的磁滯算子和密度函數(shù)，并不能很好的利用在實時高速、高帶寬的定位和跟蹤控制中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，針對磁滯系統(tǒng)中普遍存在的磁滯非線性多值映射問題，提供一種實時磁滯逆模型對系統(tǒng)進行補償實現(xiàn)的方法。將復雜的多值磁滯非線性問題轉(zhuǎn)換成一一映射，進而建立磁滯非線性系統(tǒng)的磁滯模型及其逆模型的解析表達式，實現(xiàn)對磁滯系統(tǒng)的實時補償。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明包括步驟如下：

步驟一、實時采集磁滯系統(tǒng)的輸入和輸出信號，建立系統(tǒng)的磁滯模型，并確定所建立的磁滯模型的參數(shù)。

步驟二、根據(jù)步驟一輸入和輸出信號及磁滯模型，建立系統(tǒng)的磁滯逆模型，得出磁滯逆模型的解析表達式，并確定磁滯逆模型的參數(shù)。

步驟三、根據(jù)步驟二建立的磁滯逆模型，設(shè)計實時磁滯逆模型補償控制器，將磁滯逆模型的輸出信號表示成擴展輸入信號的線性表示，通過線性表達式參數(shù)的變化來實現(xiàn)對頻率依賴的磁滯特性，進而設(shè)計磁滯逆模型控制器實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時補償。

步驟一所述的建立系統(tǒng)的磁滯模型，并確定磁滯模型的參數(shù)，是指：采用DSP(Digitalsignal?processor)技術(shù)，產(chǎn)生激勵磁滯系統(tǒng)的輸入信號，通過定時采樣頻率，采集磁滯系統(tǒng)的輸出信號的瞬態(tài)值，并實時保存各時刻激勵信號的瞬態(tài)值；根據(jù)保存的輸入和輸出的信息，采用MATLAB軟件離線建立系統(tǒng)的磁滯模型，并確定磁滯模型的參數(shù)；

所述的建立的磁滯模型是基于橢圓模型的建模方法，是指，針對具有磁滯系非線性的統(tǒng)H[u](t)，不同時刻t₁，t₂的輸入電壓u(t₁)＝u(t₂)，所對應的磁滯輸出H[u](t₁)≠H[u](t₂)。

所述的磁滯模型的參數(shù)的確定是在離線環(huán)境下，通過MATLAB軟件的系統(tǒng)工具包提供的最小二乘擬合的方法實現(xiàn)。

其中：

所述的DSP產(chǎn)生的磁滯系統(tǒng)的輸入信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化器DAC(Digital?to?AnalogConverter)轉(zhuǎn)化成模擬電壓，經(jīng)過恒定增益的高功率電壓放大器模塊放大后產(chǎn)生驅(qū)動磁滯系統(tǒng)的實際電壓信號；