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基于PI迟滞模型和蠕变算子的SMA驱动模型辨识与实验验证
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作者 张铖 路秋英 +2 位作者 谭峻然 王晓明 吴志刚 《功能材料》 北大核心 2025年第6期6229-6236,共8页
形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)因其驱动行程高、能量密度大、环境适应性强等独特优势,在智能结构、智能驱动领域内具有广阔发展前景。然而,SMA材料所固有的迟滞、蠕变等非线性特性会严重影响驱动效果和控制精度。为此,以SMA丝... 形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)因其驱动行程高、能量密度大、环境适应性强等独特优势,在智能结构、智能驱动领域内具有广阔发展前景。然而,SMA材料所固有的迟滞、蠕变等非线性特性会严重影响驱动效果和控制精度。为此,以SMA丝材驱动器为对象,开展基于PI迟滞模型和lg t蠕变算子的驱动模型辨识和实验验证。首先,基于Liang-Rogers本构方程构建了SMA丝材的理论模型,为模型辨识提供理论数据;然后采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞建模方法,构建了SMA迟滞特性模型;针对传统PI模型对奇对称、非凸迟滞特性拟合效果差的问题,在传统PI模型中引入lgt蠕变算子,以增加其拟合精度,并通过理论模型模拟数据验证了算法有效性;最后,搭建了SMA驱动测试实验平台,利用实验数据对建立的迟滞、蠕变驱动模型的在线辨识能力进行检验。结果表明,所提方法能够有效提升SMA驱动模型的辨识精度,可为提升SMA驱动精度和控制效果提供新的理论支撑。 展开更多
关键词 形状记忆合金 迟滞特性 pi迟滞模型 蠕变算子 Liang-Rogers本构模型
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基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制 被引量:15
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作者 田雷 陈俊杰 +1 位作者 崔玉国 马剑强 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期136-142,共7页
压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型... 压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值,计算出PI逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。 展开更多
关键词 单压电变形镜 pi迟滞模型 开环控制 波前校正 离焦像差
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压电微动工作台的动态迟滞模型 被引量:24
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作者 张栋 张承进 魏强 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期549-556,共8页
为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的... 为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30μm的定位范围内以±900V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16μm,最大误差为0.38μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。 展开更多
关键词 压电微动工作台 运动定位 动态迟滞模型 pi迟滞模型 扫描探针显微镜
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基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略 被引量:1
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作者 张琴 张蒸忠 +2 位作者 洪逸帆 顾邦平 胡雄 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期11-21,共11页
海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精... 海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。 展开更多
关键词 主动波浪补偿 pi迟滞模型 反步终端滑模控制 斯图尔特浮式平台
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MFC致动器的动态迟滞模型辨识及补偿控制 被引量:4
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作者 卢荣华 陈特欢 +1 位作者 娄军强 崔玉国 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期301-308,共8页
压电宏纤维(marco fiber composite,MFC)具有柔性好、变形能力强的优点,但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,解决经典PI迟滞模型的缺陷(对称性);该... 压电宏纤维(marco fiber composite,MFC)具有柔性好、变形能力强的优点,但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,解决经典PI迟滞模型的缺陷(对称性);该模型基于经典PI迟滞模型,叠加一系列不同权重、不同阈值的双边死区算子获得,基于最小二乘法的迟滞模型辨识结果表明,改进PI迟滞模型对MFC致动器的迟滞建模误差从PI迟滞模型误差的16.06%降到5.58%。另外,建立系统的离散传递函数模型来描述系统的线性动态特性,并与改进PI迟滞模型串联得到组合模型,解决纯迟滞模型仅能描述低频、准静态情况下的迟滞特性问题。在前馈补偿下,对MFC致动的柔性臂进行正弦波轨迹跟踪试验,测得补偿后实测位移与期望跟踪位移基本吻合,跟踪精度达到93.62%以上。试验结果证明,所提出的改进PI迟滞模型、离散传递函数模型及补偿方法的有效性。 展开更多
关键词 压电宏纤维(MFC) 迟滞非线性 双极性非对称 改进Prandtl-Ishlinskii(pi)迟滞模型 离散传递函数模型 前馈补偿
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压电陶瓷执行器迟滞补偿及复合控制 被引量:18
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作者 于志亮 王岩 +1 位作者 曹开锐 陈昊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2113-2120,共8页
快速倾斜镜是星间激光通信终端精瞄系统的核心部件,其驱动装置为压电陶瓷执行器,而压电陶瓷具有迟滞特性,其严重影响了快速倾斜镜的定位精度,进而对星间通信链路的稳定性造成不利影响。为解决这一问题,本文设计了一种改进Prandtl-Ishlin... 快速倾斜镜是星间激光通信终端精瞄系统的核心部件,其驱动装置为压电陶瓷执行器,而压电陶瓷具有迟滞特性,其严重影响了快速倾斜镜的定位精度,进而对星间通信链路的稳定性造成不利影响。为解决这一问题,本文设计了一种改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型对压电陶瓷执行器进行建模。在此基础上,提出了压电陶瓷执行器前馈线性化方法,以对迟滞特性进行前馈逆补偿。接着,提出了一种结合改进的P-I模型与增量式PID算法的复合控制算法,并在DSP中实现了该复合控制算法。最后,在试验平台上对该算法进行了验证。结果显示:当分别对系统输入10Hz和100Hz减幅正弦、等幅正弦曲线时,模型误差在0.59%以内,在输入同频100Hz以下的减幅正弦曲线时,传统PID算法的最大误差为59.31μrad,而该复合算法的最大误差为14.22μrad。实验数据表明,本文复合控制方法的动态跟踪性能明显优于传统PID方法,改进Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型可以精确描述压电陶瓷的迟滞特性。本文设计的复合控制方法满足实际应用对快速倾斜镜的要求。 展开更多
关键词 快速倾斜镜 激光通信 精瞄系统 压电陶瓷执行器 迟滞特性 改进pi迟滞模型 复合控制
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压电陶瓷微动台的复合控制 被引量:19
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作者 王俐 饶长辉 饶学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1265-1271,共7页
压电陶瓷微动台的迟滞非线性严重影响其动态定位精度,为了解决这一问题,采用一种改进的PI模型对微动台的迟滞非线性进行了建模。为了提高传统PID算法对压电陶瓷微动台的动态定位性能,将改进的PI模型与传统PID算法组合构成前馈复合控制算... 压电陶瓷微动台的迟滞非线性严重影响其动态定位精度,为了解决这一问题,采用一种改进的PI模型对微动台的迟滞非线性进行了建模。为了提高传统PID算法对压电陶瓷微动台的动态定位性能,将改进的PI模型与传统PID算法组合构成前馈复合控制算法,并进行了微动台的慢速与快速动态定位实验。结果表明,对同频曲线定位时,前馈PID复合算法的最大误差为传统PID算法的40%左右,平均误差为传统算法的20%~30%左右;对多频曲线定位时,前馈PID复合算法的最大误差和平均误差为传统PID算法的33%左右。数据表明前馈PID复合算法的动态定位性能明显优于传统PID算法。 展开更多
关键词 压电陶瓷 迟滞特性 改进的pi迟滞模型 前馈控制 动态定位精度
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压电工作台快速动态定位建模及其控制器设计 被引量:3
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作者 张栋 张承进 魏强 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期673-677,682,共6页
为实现压电工作台快速准确动态定位,建立了其动态定位模型并设计了控制器。通过理论分析提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型结构方程,并研究了其参数辨识途径,进而给出了采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞算... 为实现压电工作台快速准确动态定位,建立了其动态定位模型并设计了控制器。通过理论分析提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型结构方程,并研究了其参数辨识途径,进而给出了采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞算子的动态迟滞模型,基于该模型设计了逆模型开环控制器。以扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象,阐述了动态迟滞模型的具体建模过程,同时对其开环控制器进行了硬件在回路仿真研究。快速动态定位实验表明,动态迟滞模型的平均误差为0.11μm,逆模型开环控制平均跟踪误差为0.12μm,基本满足压电工作台快速准确动态定位的要求。 展开更多
关键词 压电工作台 动态定位 动态迟滞模型 pi迟滞模型
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压电偏摆台的复合控制 被引量:3
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作者 张东岳 王伟国 +2 位作者 张振东 李博 陈健 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期40-43,共4页
由于压电陶瓷具有迟滞效应,为了更好地控制压电偏摆台,减少迟滞效应对控制系统的影响,首先通过坐标变换对偏摆台建立了Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,然后求解其逆模型,并设计前馈控制器,使输入、输出角度间具有较好的线性关系。最后... 由于压电陶瓷具有迟滞效应,为了更好地控制压电偏摆台,减少迟滞效应对控制系统的影响,首先通过坐标变换对偏摆台建立了Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,然后求解其逆模型,并设计前馈控制器,使输入、输出角度间具有较好的线性关系。最后在此基础上进行比例-积分-微分(PID)反馈控制,构成复合控制系统,大幅度提高了定位精度。实验结果表明,最大定位误差为2.2μrad,具有良好的控制效果。 展开更多
关键词 迟滞 压电偏摆台 pi迟滞模型 模型 复合控制
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