[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出控制方法

有效

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• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110108443B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉巍;姚壯;周孟德;溫正權(quán);唐琳琳;梁冰;賈振元
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08;G06N3/08;G06F30/20
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出控制方法屬于風(fēng)洞模型試驗振動抑制領(lǐng)域，涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適用于風(fēng)洞主動抑振支桿的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出控制方法。該方法首先安裝壓電陶瓷驅(qū)動器數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，采集壓電陶瓷驅(qū)動器輸入電壓與輸出力的實驗數(shù)據(jù)，建立壓電陶瓷驅(qū)動器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用處理實驗數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入與輸出，選擇合適的初始參數(shù)來訓(xùn)練該系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，最后在工程中調(diào)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行應(yīng)用。該方法與傳統(tǒng)線性控制方法相比避免了控制模型上的非線性誤差，使控制結(jié)果更加準(zhǔn)確，精度更高。另外，此方法適應(yīng)性強，能夠應(yīng)用于所有含有壓電陶瓷驅(qū)動器的系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)洞模型試驗振動抑制領(lǐng)域，涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適用于風(fēng)洞主動抑振支桿的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出控制方法。

背景技術(shù)

在風(fēng)洞試驗中，模型最常用的支撐方式是采用尾部支撐，但尾部支撐形式會導(dǎo)致系統(tǒng)剛度低，系統(tǒng)固有頻率與風(fēng)洞內(nèi)脈動氣流產(chǎn)生耦合，從而引起系統(tǒng)的低頻振動。這樣會嚴(yán)重影響風(fēng)洞數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且會給風(fēng)洞試驗造成極大的安全隱患。在風(fēng)洞支桿系統(tǒng)振動的抑制方法中，目前最有效且最熱門的方法是采用驅(qū)動器進(jìn)行主動控制抑振，壓電陶瓷驅(qū)動器在結(jié)構(gòu)上將壓電陶瓷片串聯(lián)起來，疊堆式排列；在電路上壓電陶瓷片之間采用并聯(lián)連接。壓電陶瓷驅(qū)動器能高效的將電能轉(zhuǎn)換為機械能，而且體積小，驅(qū)動力與驅(qū)動功率大。

然而，壓電材料本身的物理特性使其具有遲滯、蠕變等非線性特性，嚴(yán)重影響了壓電陶瓷驅(qū)動器在實際應(yīng)用中的控制精度，其中遲滯特性對精度影響最為明顯。而目前常用的控制方法多是用于線性系統(tǒng)，用其來控制壓電陶瓷驅(qū)動器會產(chǎn)生較大的誤差。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于非線性系統(tǒng)具有很強的建模能力，而且理論上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以逼近任意一個非線性系統(tǒng)，而且運算量較少。因此應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出進(jìn)行建模，會大大減少由于壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯特性導(dǎo)致的誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。

李頌華等人的專利《一種基于壓電陶瓷的主軸軸承預(yù)緊力控制實驗裝置》,專利號為CN201810016852.8中介紹了一種基于壓電陶瓷的主軸軸承預(yù)緊力控制的實驗裝置，對壓電陶瓷精密位移與力輸出特性進(jìn)行應(yīng)用，可以完成無負(fù)載、不同轉(zhuǎn)速條件下，預(yù)緊力對主軸軸承性能的影響分析。但該方法僅將壓電陶瓷應(yīng)用為檢測元件，沒有為系統(tǒng)提供力的輸入，也沒有對其進(jìn)行控制。

胡力等人于2017年在壓電與聲光期刊第5期發(fā)表的《基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電執(zhí)行器遲滯建模》中通過徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法，實現(xiàn)了壓電執(zhí)行器的輸出位移與輸入電壓非線性曲線的具有較高準(zhǔn)確性的擬合。但是該方法僅考慮了輸出位移與輸入電壓，不能適用于存在負(fù)載、需要壓電陶瓷輸出力的壓電陶瓷驅(qū)動器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電作動器輸出控制方法，該方法首先安裝壓電陶瓷驅(qū)動器數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，采集壓電陶瓷驅(qū)動器輸入電壓與輸出力的實驗數(shù)據(jù)，建立壓電陶瓷驅(qū)動器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用處理實驗數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入與輸出，選擇合適的初始參數(shù)來訓(xùn)練該系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，最后可以在工程中調(diào)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行應(yīng)用。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型間接實現(xiàn)輸出力的控制，避免了在實際系統(tǒng)中力傳感器由于結(jié)構(gòu)過大不能安裝導(dǎo)致無法獲取壓電陶瓷驅(qū)動器輸出力數(shù)值的問題，同時考慮了壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯等非線性因素，相較于線性控制方法更為精確、有效。而且此方法適應(yīng)性強，能夠應(yīng)用于所有含有壓電陶瓷驅(qū)動器的系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出力預(yù)測方法，其特征是，利用壓電陶瓷驅(qū)動器數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)完成壓電陶瓷驅(qū)動器輸入電壓與輸出力的數(shù)據(jù)采集，建立壓電陶瓷驅(qū)動器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并利用實驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練該模型，最后可以在工程中調(diào)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)高精度的壓電陶瓷驅(qū)動器輸出力控制。方法的具體步驟如下：

第一步、安裝壓電陶瓷驅(qū)動器數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)