行波型超声电机稳定性及其控制策略分析word格式论文.docxVIP

摘要超声电机是二十世纪八十年代一种利用压电陶瓷的逆压电效应发展起来的新 型电机。不同于传统的电磁式电机，超声电机有许多优点如无电磁干扰、低速大 转矩、断电自锁、设计自由度高等，但同时超声电机具有的非线性和强耦合性等 缺点也给超声电机的控制带来了很多难点，因此研究超声电机的稳定性和控制策 略一直都是超声电机控制领域的热点。本文针对行波型超声电机的稳定性和控制策略的研究主要分为三个方面：①利用李雅普诺夫稳定性判据从超声电机本体设计的角度研究了行波型超声 电机运行时的稳定性，并明确的划分了超声电机驱动区间和制动区间的位置关系。 在此基础之上进一步讨论了超声电机预压力、负载和速度参数三者之间的关系， 为行波型超声电机的设计提供了一定的借鉴。②从固定增益的 PI 控制和模糊 PI 控制两种不同的控制方法研究分析了传统的 控制策略对行波型超声电机的控制效果，从超调量和启动时间两个性能指标对控 制效果进行了比较，并根据具体的 TRUM-60 电机的参数进行了仿真实验验证，得 到行波型超声电机这两种控制策略的参数设定原则。③鉴于固定增益的 PI 控制和模糊 PI 控制过分依赖于超声电机的运行经验和控 制经验，再加上超声电机其本身的强非线性特点，进一步研究了基于最小二乘法 的广义预测自适应控制(GPAC)并针对超声电机这一特殊的控制对象对其进行了改 进。GPAC 利用的 CARIMA 预测模型，通过最小二乘法对 CARIMA 模型的参数进 行在线辨识，然后通过多步 Diophantine 迭代，根据过去的输入输出量对未来的输 出做一个预测计算，最后控制器控制驱动电路将此预测信号输出，因而表现出了 很好的控制性能和鲁棒性。本文在第五章详细的介绍了 GPAC 的原理和针对行波 型超声电机而做出的改进，通过仿真实验讨论并验证了改进后的控制效果，得出 了参数设计的基本原则，为 GPAC 在超声电机中的实际应用提供了很好的借鉴。关键词:行波型超声电机，李雅普诺夫稳定性，模糊 PI 控制，广义预测自适应控制ABSTRACTUltrasonic motor is a new type of motor developed from the converse piezoelectric effect of piezoelectric ceramics in the nineteen eighties. It is different from the traditional electromagnetic motor. Ultrasonic motor has many advantages such as no electromagnetic interference, low speed and high torque, power self-locking, high design degrees of freedom. But ultrasonic motor has nonlinear and strong coupling shortcomings that have also brought a lot of difficulties to motor control. So the stability and control strategy have been the hot field of ultrasonic motor control research.The stability of the traveling wave type ultrasonic motor and control strategies are mainly divided into three areas in this paper.①The stability of traveling wave type ultrasonic motor has been studied usingLyapunov stability criterion. The position of ultrasonic motor driving and braking interval are clearly divided. Further, the relationships among the three parameters of the pressure, ultrasonic motor load and speed is discussed based on the Lyapunov stability criterion. It provides some references for the design of traveling wave type ultra