[發明專利]一種磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法

有效

• 申請號: 201710332681.5
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107422638B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 曾理湛;胡蘭雄;陳學東;趙鵬程;陳冬郎
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)結合遲滯回線，建立磁阻作動器的初代正遲滯解析數學模型及初代逆遲滯解析數學模型，該磁阻作動器為圓柱形磁阻作動器；

(2)采用修形函數對所述初代正遲滯解析數學模型及所述初代逆遲滯解析數學模型進行優化，以得到正遲滯解析數學模型及逆遲滯解析數學模型；初代正遲滯模型和初代逆遲滯模型為：

式中：

u:Z⁺→Rⁿ為一個離散時域信號，Z⁺表示一連串的正整數；χ(μ,k)表示的是一個時刻，該時刻小于k且為能使得u取得極值的最大正整數；λ₁,λ₂,m,m^*∈R⁺，輸出信號：v,v^*∈C⁰，輸入信號：u,u^*∈C⁰；W表示Lambert函數；s(u,k)≡s_μ,k＝sgn⁺[u(k)-u(χ(u,k))]，sgn⁺為右連續函數；為初代正遲滯模型；為初代逆遲滯模型；輸入信號u^*∈Rⁿ；

(3)根據安培定律建立磁路計算公式，并結合所述正遲滯解析數學模型及所述逆遲滯解析數學模型依次推導出考慮遲滯效應的磁場強度計算公式、考慮遲滯效應的磁阻作動器的電磁力的計算公式及電磁力與電流之間的正逆遲滯解析數學模型的數學表達式；其中，磁場能量對氣隙長度求偏微分并取相反數即為電磁力：

將磁感應強度公式(12)代入式(14)中得考慮磁滯的電磁力與電流的關系式：

對式(15)求逆以得到電流與電磁力的正逆遲滯解析數學模型的表達式；磁感應強度公式(12)為其中μ₀為真空磁導率，μ_r為相對磁導率；A_a表示截面積；μ₀為真空磁導率；μ₀為真空磁導率；μ_r為相對磁導率；x_g表示磁阻作動器的電磁鐵和銜鐵之間的氣隙長度；N表示磁阻作動器的通電線圈的匝數；l₁、l₂表示磁感應線封閉環路上各段磁路長度；i表示通入通電線圈中的電流大小；R為電磁鐵的外部半徑，a為銜鐵的厚度；參數λ₁,λ₂是影響遲滯回線幾何形狀的控制參數；

(4)結合得到的電磁力與電流之間的正逆遲滯解析數學模型的數學表達式，對磁阻作動器采用位移-力-電流多閉環串聯運動控制。

2.如權利要求1所述的磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于：所述修形函數為雙曲正切修形函數，所述修形函數表達式為：

g＝f(u)＝λ₃tanh(λ₄u)

式中，輸入信號u∈Rⁿ，參數λ₃,λ₄是影響修形后遲滯回線幾何形狀的控制參數。

3.如權利要求2所述的磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于：正逆遲滯解析數學模型的表達式分別為：

式中，為初代正遲滯模型；為初代逆遲滯模型；輸入信號u^*∈Rⁿ。

4.如權利要求1-3任一項所述的磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于：位移-力-電流多閉環串聯運動控制的最外環是位移閉環，中間閉環為力閉環，里層閉環為電流閉環。

5.如權利要求4所述的磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于：所述力閉環為復合控制，所述復合控制由逆遲滯前饋控制與力反饋控制并聯構成；所述逆遲滯前饋控制目的在于補償磁阻作動器的遲滯非線性對控制的影響；所述力反饋控制目的在于補償遲滯建模誤差及控制對象參數不確定性對控制的影響。

6.如權利要求1-3任一項所述的磁阻作動器電磁力建模與運動控制方法，其特征在于：初代正逆遲滯解析數學模型的控制參數為兩個；正逆遲滯解析數學模型的控制參數為四個。