直线超声电机非线性模型辨识-华南师范大学学报.pdfVIP

华南师范大学学报 （自然科学版） ２０１２年８月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＣＨＩＮＡＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 第４４卷第３期 　　　　　　　　　　　　 Ａｕｇ．２０１２ 　　　　　　　　　　　 （ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥＥＤＩＴＩＯＮ） 　Ｖｏｌ．４４　Ｎｏ．３ 文章编号：１０００－５４６３（２０１２）０３－００６４－０４ 直线超声电机非线性模型辨识 １ ２ ２ ２ 张建桃 ，张铁民 ，梁　莉 ，文　晟 （１．华南农业大学信息学院，广东广州５１０６４２；２．华南农业大学工程学院，广东广州５１０６４２） 摘要：首先分析了直线超声电机在不同驱动条件下的阶跃响应，提出将直线超声电机速度模型简化为带纯延迟的一 阶惯性系统，驱动频率和相位差对电机动态参数的影响转化为所建模型时间常数、系统增益和延时间参数的变化． 然后用最小二乘法辨识出模型参数与驱动频率和相位差之间的函数关系，建立了直线超声电机的调频、调相控制非 线性模型，为直线超声电机高精度控制提供了模型依据．最后，通过比较直线超声电机阶跃响应的实测值与仿真值， 验证了所建模型的有效性． 关键词：直线超声电机；频率；相位差；非线性；系统辨识 中图分类号：ＴＰ３９１．９　　　文献标志码：Ａ　　　ｄｏｉ：１０．６０５４／ｊ．ｊｓｃｎｕｎ．２０１２．０６．０１４ 　　与传统直线电磁电机相比，直线超声电机 在不同输入条件下的阶跃响应，本文以Ｖ型直线超 （ＬＵＳＭ）具有结构相对简单、体积小、重量轻、响应 声电机为研究对象，采用ＬＡＢＶｉｅｗ的电机速度测量 速度快、断电自保持、可获得低速大推力、不产生磁 ［１０］ 系统（图１） ．将函数信号发生器（型号：１９４６Ａ， ［１］ 场和不受外界磁场干扰等特点 ．但直线超声电机 日本Ｎ．Ｆ．公司）产生的两相频率和相位差都可调 结构与工作原理特殊，工作中含有摩擦过程，功率传 的正弦信号，输入到功率放大器（型号：ＨＳＡ４０１４， 递和运动特性包含许多非线性和不确定性因素，至 日本Ｎ．Ｆ．公司）和变压器后，驱动直线超声电机． 今尚未建立能精确描述直线超声电机特性的动态模 非接触式位移传感器（型号：ＴＬＭ０１００００１４１１２０１， 型．近年来，许多建模理论与方法被用于直线超声电 德国Ｎｏｖｏｔｅｃｈｎｉｋ公司）将采集的电机位移信号，通 ［２］ ［３］ 机的建模，如等效电路模型 、机理分析模型 ，然 过数据采集卡（型号：ＮＩＵＳＢ－６２５１，美国ＮＩ公 而等效电路模型无法描述电机的动态特性，机理分 司）采集到ＰＣ机，再用 ＬＡＢＶｉｅｗ软件计算出电机 析模型太复杂、参数太多，难以用于超声电机控制器 速度． 的设计［４－５］．所以，目前直线超声电机的控制多是 ［６］ 被测电机驱动频率和相位差的调节范围为：频 采用ＰＩ、模糊控制、神经网络控制 等不需数学模 率２０３～２２ｋＨｚ，相位差－９０°～９０°（其中相位差的 型的一种或多种控制策略的综合，如ＬＩＮＦａａ－Ｊｅｎｇ 负号只影响电机运动方向）．在这个范围内，固定两 将小波技术、神经