应用于精密定位的超磁致伸缩执行器的控制研究

【摘要】： 精密工程技术在众多领域的快速发展和应用，促进了精密定位技术的发展，并对精密定位技术提出了更高的要求。微位移执行器作为精密定位系统的关键部分，其重要性自然不言而喻。超磁致伸缩材料(GMM)具有应变大、输出力大、功率密度高、响应速度快和可靠性高等优点，是制作微位移执行器的良好材料，利用GMM制作的超磁致伸缩执行器(GMA)在精密定位领域有着良好的应用前景。本文以GMA为对象，对GMA的动静态特性、磁滞特性及控制方法进行了研究，并根据建立的数学模型和研究的控制方法进行了实验验证。 本论文的主要研究内容包括： 第一章介绍了精密定位技术研究的意义，分析了用于精密定位的微位移执行器类型，阐述了GMM的特点、GMA及其控制方法的国内外研究现状，并给出了本论文的主要研究内容。 第二章介绍了磁致伸缩机理及GMM的基本特性；根据设计的GMA结构，建立了GMA的动静态数学模型，并对GMA的动态模型进行了辨识和实验研究。 第三章通过分析Jiles-Atherton磁滞模型，给出了需要辨识的模型参数；介绍了模型辨识所需数据源的获取方法，并用遗传算法实现了模型参数辨识；同时，根据辨识得到的磁滞模型，建立了非对称的minor loop磁滞模型。 第四章介绍了GMA的基本控制方法，在此基础上建立了磁滞模型的逆模型，设计了模糊自适应PID控制器，并对模型参数a进行了初步的在线辨识研究。 第五章介绍了GMA的结构和控制系统原型，重点阐述了恒流源的设计。在此基础上进行了GMA的位置控制实验，包括阶跃响应、位置跟踪和轨迹跟踪实验，对几种不同的控制方法的实验效果进行了比较，并分析了影响测量精度的主要因素。 第六章对全文进行总结，并对后续研究作了展望。