超磁致伸缩执行器率相关迟滞混合模型研究-农业机械学报.PDF

２０１４年 ７月 农 业 机 械 学 报 第 ４５卷 第 ７期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１４．０７．０４４ 超磁致伸缩执行器率相关迟滞混合模型研究 刘孝亮　邬义杰　章一智　彭黄湖 （浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，杭州 ３１００２７） 摘要：超磁致伸缩执行器的迟滞具有率相关特性。提出一种混合建模方法用于率相关迟滞建模。首先，在低频激 励下，建立系统的率不相关 ＰＩ迟滞模型；其次，在高频激励下，提出率不相关 ＰＩ迟滞模型求逆与拟合相结合的方 法，将系统响应解耦，进而建立系统线性环节模型；然后，在上述基础上，提出并建立系统迟滞环节的率相关 ＰＩ迟 滞模型；最后，通过系统线性环节模型和率相关 ＰＩ迟滞模型串联得到率相关迟滞混合模型。实验结果显示：相对 于率不相关迟滞模型或率不相关迟滞混合模型，率相关迟滞混合模型具有更高的精度，从而验证了所提模型的有 效性和精确性。 关键词：超磁致伸缩执行器　迟滞　率相关　ＰＩ模型 中图分类号：ＴＨ１６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１４）０７０２８６０６ 理论建立模型。ＣｒｕｚＨｅｒｎａｎｄｅｚ等［７－９］也认为，迟滞 　　引言 系统是由一个线性时不变环节和一个率不相关迟滞 超磁 致 伸 缩 执 行 器 （Ｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ 环节组成。线性时不变环节用相位器来建模，率不 ａｃｔｕａｔｏｒ，ＧＭＡ）具有高精度、高频响以及大输出位 相关迟滞环节用 Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型来建立模型。 移、大输出力等优点［１－２］。然而，ＧＭＡ复杂的固有 整体式率相关迟滞模型，即对整个系统不作区 迟滞非线性导致难以建立 ＧＭＡ镗削系统的精确模 分，而建立整体模型。整体式率相关迟滞模型关键 型，进而影响系统的控制精度。 在于将表征输入信号速率的参数引入模型中。Ａｎｇ ［１０］ ［１１－１２］ 针对迟滞非线性系统的建模问题，目前，常用的 等 与ＡｌＪａｎａｉｄｅｈ等 将输入信号速率（输入 迟滞模型有：Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型、Ｐ Ｉ模型和Ｊ Ａ模型。 信号对时间的导数）引入迟滞模型参数中，Ｌｉ等［１３］ 这些模型对于率不相关迟滞都具有较高的描述精 ［１４］ ［１５］ 与Ｗｏｌｆ等 则在迟滞模型 中引入输入信号的频 ［３］ 度，但随着激励信号频率的增加，模型精度降低 。 率参数，从而实现了率相关迟滞非线性建模。 研究表明［４］，激励信号频率大于５Ｈｚ时，ＧＭＡ 分离式率相关迟滞模型较容易建立，实验也表 迟滞显示出受输入信号频率（速率）影响的特性，即 明了方法的可行性。但因为率不相关迟滞环节不能 率相关迟滞特性。目前，率相关迟滞建模方法可分 反映输入信号速率对迟滞的影响，在输入频率较高 为两类：分离式率相关迟滞模型与整体式率相关迟 时，精度降低。整体式率相关迟滞模型则无法反映 滞模型。 由系统线性部分造成的暂态响应和稳态误差。 分离式率相关迟滞模型将 ＧＭＡ系统的迟滞非 为此，将分离式与整体式率相关迟滞模型结合 线性分为超磁致伸缩材料 （Ｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ 起来，提出一种线性环节与率相关迟滞环节相串联 ｍａｔｅｒｉａｌ，ＧＭＭ）的率不相关迟滞环节和其他组件构