超聲波電機(jī)力矩控制及其應(yīng)用研究

超聲波電機(jī)是力矩電機(jī)，可作用高檔的控制電機(jī)，研究超聲波電機(jī)的力矩控制可推進(jìn)超聲波電機(jī)的應(yīng)用，發(fā)揮其卓越性能，不僅使超聲波電機(jī)用于精密定位、儀器儀表、汽車電器、醫(yī)療設(shè)備等民用工業(yè)，也使超聲波電機(jī)用于武器裝備、月球車、空間機(jī)器人、衛(wèi)星的太陽帆板、空間天線等各種極限的軍工領(lǐng)域。.本項(xiàng)目將圍繞行波型超聲波電機(jī)，研究其力矩控制及在機(jī)械臂中的應(yīng)用。一是通過研究行波型超聲波電機(jī)的輸入輸出力學(xué)模型，建立行波超聲波電機(jī)控制的理論基礎(chǔ)；二是研制測試方法和測試系統(tǒng)，揭示超聲波電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩等特性，并研究位置/力矩和速度/力矩的控制策略，形成超聲波電機(jī)力矩控制的基礎(chǔ)；三是研制基于超聲波電機(jī)的機(jī)械臂，深化超聲波電機(jī)位置/力矩和速度/力矩的研究?？傊ㄟ^這一項(xiàng)目研究，進(jìn)一步深化對超聲波電機(jī)的科學(xué)認(rèn)識，形成行波型超聲波電機(jī)控制理論，以及基于超聲波電機(jī)的機(jī)械臂技術(shù)，為推進(jìn)超聲波電機(jī)的應(yīng)用打基礎(chǔ)。 2100433B

前言

第1章 緒論

1.1 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展

1.1.1 超聲波電機(jī)系統(tǒng)建模的研究

1.1.2 超聲波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制策略

1.2 本書的內(nèi)容安排

參考文獻(xiàn)

第2章 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.1 超聲波電機(jī)低成本推挽式驅(qū)動(dòng)電路

2.2 可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的超聲波電機(jī)控制電路

2.3 具有正反轉(zhuǎn)不對稱補(bǔ)償?shù)某暡姍C(jī)閉環(huán)控制電路

2.3.1 基于VCO的超聲波電機(jī)控制電路

2.3.2 電機(jī)定子振幅閉環(huán)控制與正反轉(zhuǎn)不對稱補(bǔ)償

2.4 基于DSP的驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

2.4.1 基于DSP的驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

2.4.2 基于DSP的對稱PWM信號產(chǎn)生方法

2.5 基于對稱PWM控制信號發(fā)生器的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.5.1 對稱PWM控制信號發(fā)生器工作原理

2.5.2 PWM信號發(fā)生器控制參數(shù)的設(shè)置

2.5.3 基于CPLD的對稱PWM控制信號發(fā)生器

2.5.4 基于CPLD的DSP多SPI端口通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6 基于DDS的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.6.1 系統(tǒng)功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.6.2 基于CPLD的DDS信號發(fā)生器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6.3 DDS中ROM分時(shí)復(fù)用的實(shí)現(xiàn)

2.6.4 低通濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6.5 用于超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)的DDS信號發(fā)生器誤差分析

2.6.6 基于DDS的對稱PWM信號產(chǎn)生方法

2.6.7 DSP對DDS信號發(fā)生器的控制

2.7 基于相移PWM的超聲波電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)控制電路

2.7.1 H橋相移PWM控制方法

2.7.2 低成本相移PWM控制信號發(fā)生器

2.7.3 基于CPLD的相移PWM控制信號發(fā)生器

2.7.4 H橋控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.7.5 H橋相移PWM電路與推挽式電路對比分析

2.8 超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路

2.8.1 行波超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路的仿真研究

2.8.2 行波超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)驗(yàn)分析

2.9 行波超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路非線性研究

2.9.1 驅(qū)動(dòng)超聲波電機(jī)的推挽式變換器工作過程分析

2.9.2 超聲波電機(jī)串聯(lián)電感匹配電路研究

參考文獻(xiàn)

第3章 兩相行波超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模

3.1 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模與仿真

3.1.1 環(huán)形行波超聲波電機(jī)的建模與仿真

3.1.2 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)建模與仿真

3.1.3 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行辨識建模與仿真的展望

3.2 兩相行波超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速特性的仿真計(jì)算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

3.2.1 壓電陶瓷與定子系統(tǒng)的振動(dòng)模型

3.2.2 定、轉(zhuǎn)子接觸摩擦模型

3.2.3 超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性

3.2.4 超聲波電機(jī)速度特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.3 兩相行波超聲波電機(jī)等效電路模型及其參數(shù)辨識

3.3.1 超聲波電機(jī)等效電路模型

3.3.2 超聲波電機(jī)等效電路的諧振特性

3.3.3 基于導(dǎo)納圓的等效電路參數(shù)近似計(jì)算

3.3.4 基于L-M法的等效電路參數(shù)辨識

3.4 兩相行波超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制的階躍響應(yīng)建模

3.4.1 數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.4.2 基于階躍響應(yīng)的超聲波電機(jī)模型辨識

3.5 、兩相行波超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)態(tài)辨識建模

3.5.1 數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.5.2 超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制模型辨識

3.5.3 頻率一轉(zhuǎn)速控制模型參數(shù)時(shí)變的模型表述

3.6 兩相行波超聲波電機(jī)電壓幅值一轉(zhuǎn)速控制的辨識建模

第4章 采用推挽驅(qū)動(dòng)的超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制策略研究

第5章 采用H橋驅(qū)動(dòng)的超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制策略研究

第6章 超聲波電機(jī)混沌運(yùn)行分析與控制2100433B

《超聲波電機(jī)低復(fù)雜度控制策略》是作者課題組近年研究工作的總結(jié)，重點(diǎn)闡述超聲波電機(jī)的低復(fù)雜度控制策略，包括迭代學(xué)習(xí)控制方法和專家PID控制方法，反映了超聲波電機(jī)控制領(lǐng)域的*新進(jìn)展。內(nèi)容豐富，深入淺出，主要包括基于差分進(jìn)化算法的超聲波電機(jī)Hammerstein非線性建模、P型迭代學(xué)習(xí)控制、簡單非線性迭代學(xué)習(xí)控制、自校正迭代學(xué)習(xí)控制、專家PID控制等。針對超聲波電機(jī)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需求，《超聲波電機(jī)低復(fù)雜度控制策略》提出了多種在線計(jì)算量小的超聲波電機(jī)新型控制策略，并給出了詳細(xì)設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)效果。

前言

第1章 緒論 1

1.1 超聲波電機(jī)及其控制 1

1.1.1 超聲波電機(jī)的本體結(jié)構(gòu) 2

1.1.2 超聲波電機(jī)建模與控制 4

1.2 迭代學(xué)習(xí)控制 8

1.2.1 迭代學(xué)習(xí)控制的基本形式 9

1.2.2 迭代學(xué)習(xí)控制的發(fā)展 10

1.3 本書的內(nèi)容安排 16

參考文獻(xiàn) 16

第2章 超聲波電機(jī)Hammerstein非線性建模 28

2.1 基于差分進(jìn)化算法的超聲波電機(jī)Hammerstein非線性建模 28

2.1.1 非線性Hammerstein模型的結(jié)構(gòu) 30

2.1.2 差分進(jìn)化算法 30

2.1.3 超聲波電機(jī)Hammerstein非線性建模 33

2.2 適用于超聲波電機(jī)辨識建模的改進(jìn)差分進(jìn)化算法 60

2.2.1 現(xiàn)有改進(jìn)差分進(jìn)化算法評測 61

2.2.2 對現(xiàn)有改進(jìn)差分進(jìn)化算法的分析 70

2.2.3 適用于超聲波電機(jī)建模的改進(jìn)差分進(jìn)化算法 79

參考文獻(xiàn) 88

第3章 超聲波電機(jī)經(jīng)典迭代學(xué)習(xí)控制 90

3.1 改進(jìn)的超聲波電機(jī)P型迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 90

3.1.1 迭代學(xué)習(xí)控制的基本算法 91

3.1.2 開環(huán)P型迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 93

3.2 超聲波電機(jī)閉環(huán)P型迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 107

3.2.1 閉環(huán)P型迭代學(xué)習(xí)控制策略的改進(jìn) 107

3.2.2 閉環(huán)P型迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn) 110

3.3 超聲波電機(jī)簡單預(yù)測迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 115

3.3.1 簡單預(yù)測迭代學(xué)習(xí)控制 115

3.3.2 簡單預(yù)測迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)研究 121

3.3.3 簡單預(yù)測迭代學(xué)習(xí)控制器優(yōu)化設(shè)計(jì) 124

3.4 超聲波電機(jī)簡單濾波型迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 134

3.4.1 濾波型迭代學(xué)習(xí)控制律 134

3.4.2 樽海鞘群優(yōu)化算法 135

3.4.3 改進(jìn)樽海鞘群優(yōu)化算法 140

3.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 151

參考文獻(xiàn) 153

第4章 超聲波電機(jī)簡單非線性迭代學(xué)習(xí)控制 156

4.1 超聲波電機(jī)割線迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 156

4.1.1 基于割線法的非線性迭代學(xué)習(xí)控制律 156

4.1.2 學(xué)習(xí)增益的在線自適應(yīng)調(diào)整 158

4.1.3 開環(huán)割線迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)研究 168

4.1.4 改進(jìn)的開環(huán)割線迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 177

4.1.5 閉環(huán)割線迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 188

4.2 超聲波電機(jī)改進(jìn)牛頓迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制 198

4.2.1 改進(jìn)牛頓迭代學(xué)習(xí)控制算法 198

4.2.2 改進(jìn)牛頓迭代學(xué)習(xí)控制策略的實(shí)驗(yàn)研究 201

4.2.3 閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制算法 212

參考文獻(xiàn) 216

第5章 超聲波電機(jī)廣義預(yù)測迭代學(xué)習(xí)控制 217

5.1 廣義預(yù)測迭代學(xué)習(xí)控制策略 218

5.2 超聲波電機(jī)廣義預(yù)測迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計(jì) 223

5.2.1 仿真分析與設(shè)計(jì) 224

5.2.2 S=0情況下的仿真分析 226

5.2.3 與文獻(xiàn)[9]預(yù)測迭代學(xué)習(xí)策略的仿真對比 227

5.3 超聲波電機(jī)廣義預(yù)測迭代學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)研究 228

5.3.1 空載實(shí)驗(yàn) 228

5.3.2 間歇加載實(shí)驗(yàn) 231

5.3.3 改變轉(zhuǎn)速給定值實(shí)驗(yàn) 234

5.3.4 預(yù)測ILC控制策略的模型依賴性探究實(shí)驗(yàn) 236

參考文獻(xiàn) 237

第6章 超聲波電機(jī)簡單專家PID控制 239

6.1 超聲波電機(jī)專家PID轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 239

6.2 專家規(guī)則結(jié)論部分的設(shè)計(jì) 241

6.2.1 超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的仿真 241

6.2.2 仿真數(shù)據(jù)的擬合 243

6.3 超聲波電機(jī)專家PID轉(zhuǎn)速控制器的實(shí)驗(yàn)整定 253

6.3.1 專家規(guī)則結(jié)論表達(dá)式的初步校驗(yàn) 254

6.3.2 專家規(guī)則作用強(qiáng)度的整定 254

參考文獻(xiàn) 264