双级执行器系统的反演滑模控制方法研究.pdfVIP

AThesisforMasterDegree BacksteppingSlidingmodecontrol ofaDual-stageActuator System By Dao xin Supervisor:Associate professor.ZhaoXin-long SchoolofMachinery andAutomation Zhejiang Sci-TechUniversity HangZhou, China March,20 6 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 随着科学技术的迅速发展，人们对于高科技产品的要求越来越高，在精密 加工技术领域中，低精度、低质量的产品已经无法满足人们的需求，产品的升级 改造成为必然趋势，同时人们对驱动器的行程和精度也提出了更高的要求大行 程和高精度。双级执行器系统能够将大行程和高精度相结合，可以同时实现大行 程和高精度的性能。 本文对双级执行器分别进行建模与控制器设计，并通过设计协同因子将双 级执行器结合起来。具体工作如下： (1) 对双级执行器的第一级执行器建模并且设计控制器。第一级执行器通常 采用伺服电机，通过分析伺服电机的物理特性和驱动方式来建立数学模型，采用 模糊PID 控制方法设计控制器，得出的仿真结果表明控制方案具有可行性。 (2) 对双级执行器的第二级执行器建模并设计控制器。第二级执行器通常采 用超磁致伸缩材料、压电陶瓷等智能材料，然而智能材料一般都存在非平滑、多 映射的迟滞特性，迟滞会直接影响系统的控制精度，引起系统振荡，造成系统不 稳定。对于此类非线性系统，采用Bouc-Wen 模型描述迟滞特性，提出了一种基 于反演控制的滑模变结构控制器设计方案。针对Bouc-Wen 模型中的变量特性， 用反演滑模控制法设计迟滞系统的控制器，该控制方案能够保证跟踪精度，仿真 结果表明设计方法的有效性。 (3) 对双级执行器系统设计协调控制器。当单级执行器满足了操作系统的大 行程时就缺少控制精度，当满足了控制精度时就无法满足大行程的控制。为了协 调第一级执行器和第二级执行器二者之间的控制，本文提出了双级执行器协同控 制的思想，设计协同因子以实现两个执行器的协同控制，克服两个执行器分开控 制造成调整时间长的缺点，通过综合性能指标选择协同因子中的可调参数。仿真 结果表明该设计方法能够有效减少调整时间，并通过实验验证了该方法的可行 性。 关键词： 双级执行器系统，模糊PID ，迟滞，反演，滑模控制，协同因子 I 万方数据 Backstepping SlidingmodecontrolofaDual-stageActuator System ABSTRACT With the rapid development of science and technology, the requirement on the quality a