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超磁致伸缩驱动器磁滞非线性动力学研究

机械工程学报 2020年第15期56卷 207-217页

作者：闫洪波高鸿郝宏波内蒙古科技大学机械工程学院包头014010 包头稀土研究院包头014030

超磁致伸缩驱动器(Giantmagnetostrictiveactuator,GMA)输入电流与输出位移之间存在着磁滞非线性关系。为精确控制GMA输出位移的稳定性,通过分析GMA的工作原理,基于非线性压磁方程、Jiles-Atherton(J-A)磁滞非线性模型、二次畴转模型和... 详细信息

超磁致伸缩驱动器(Giantmagnetostrictiveactuator,GMA)输入电流与输出位移之间存在着磁滞非线性关系。为精确控制GMA输出位移的稳定性,通过分析GMA的工作原理,基于非线性压磁方程、Jiles-Atherton(J-A)磁滞非线性模型、二次畴转模型和GMA结构动力学原理,建立了GMA磁滞非线性动力学系统的方程;应用多尺度法分析该系统的主共振,得到该系统幅频响应曲线方程;使用Matlab数值仿真分析GMA系统中不同等效阻尼系数、激励磁场强度、预应力、三次刚度项系数与输出响应幅值之间映射规律;通过改变激振力参数值的大小,绘制GMA系统的时域波形、相轨迹图、Poincaré图和幅值谱图,采用4阶Runge-Kutta法求解并绘制GMA系统的响应随激振力变化分岔图。研究结果表明:在给定GMA参数的条件下,在碟簧和激励线圈的作用下,GMA具有"跳跃"和磁滞现象;GMA系统在一定参数下存在着混沌现象。

关键词：超磁致伸缩驱动器磁滞非线性动力学模型主共振数值仿真

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超磁致伸缩执行器磁滞非线性建模与控制

机械工程学报 2005年第7期41卷 131-135页

作者：贾振元王福吉张菊郭丽莎大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

针对超磁致伸缩执行器的磁滞非线性问题,应用Priesach理论模型建立了执行器的磁滞模型,并根据其逆模型设计了前馈补偿器,同时设计了磁滞模型的自适应算法和动态调整前馈补偿器的参数,最终实现对执行器磁滞非线性进行补偿和控制。仿真和... 详细信息

针对超磁致伸缩执行器的磁滞非线性问题,应用Priesach理论模型建立了执行器的磁滞模型,并根据其逆模型设计了前馈补偿器,同时设计了磁滞模型的自适应算法和动态调整前馈补偿器的参数,最终实现对执行器磁滞非线性进行补偿和控制。仿真和试验结果表明该模型能够很好的描述执行器的磁滞非线性,采用自适应算法有效地改善了执行器输出位移的磁滞非线性,减小了系统的非线性误差,提高了执行器的控制精度。

关键词：超磁致伸缩执行器(GMA) 磁滞非线性 Preisach模型前馈控制

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带磁滞执行器的非线性切换系统控制方法研究

带磁滞执行器的非线性切换系统控制方法研究

作者：郑利成广东工业大学

学位级别：硕士

在现今工业生产中,非线性切换系统作为一类重要的混杂系统,它广泛运用于网络控制系统,无人驾驶,机器人系统等重要领域。针对被控对象设计控制方案时,外部干扰、磁滞非线性、死区非线性等因素都需要考虑进去。而在设计控制器或分析稳定... 详细信息

在现今工业生产中,非线性切换系统作为一类重要的混杂系统,它广泛运用于网络控制系统,无人驾驶,机器人系统等重要领域。针对被控对象设计控制方案时,外部干扰、磁滞非线性、死区非线性等因素都需要考虑进去。而在设计控制器或分析稳定性过程中忽略这些问题,可能会严重降低系统性能,甚至导致系统不稳定。为了解决这些问题,本文以Backstepping技术为控制设计框架,结合Lyapunov稳定性理论、平均驻留时间切换、命令滤波器和Nussbaum增益技术,研究了几类切换非线性系统的控制问题。本文具体研究的工作包含如下:1、研究了一类具有驻留时间的不确定切换非线性系统自适应神经控制问题。该系统考虑到了未知非线性函数、非线性磁滞和外部干扰。当输入信号的频率超过一定的界限会使得磁滞环产生形变。该控制设计方案采用了一个含滤波器的磁滞量化器来滤除高频成分,从而形成了一个持久的解决方案。自适应神经网络控制策略融合在Backstepping技术框架中,是用来处理外部干扰和未知非线性函数。该策略可以确保跟踪误差收敛到接近零的可调区域。2、研究了一类具有输出磁滞的切换非线性系统,且切换信号是任意的。与1)不同,本章节考虑的是输出磁滞,是输入磁滞的进一步研究。所考虑的输出磁滞非线性是由Bouc-Wen模型描述的,它会产生了一个未知的时变增益,这会给我们的控制设计带来了巨大挑战。为了解决这个难题,我们提出了一个自适应神经优化控制方案。在每次迭代中,通过a-c结构进一步逐步反馈和调整来设计最优控制器。此外,Nussbaum函数用来处理施加在最优控制器上的未知控制增益问题。最后,提出的控制方案可以保证非线性切换系统的稳定性,这在仿真结果中得到了的证明。3、研究了一类具有死区输入的非线性切换系统自适应模糊最优控制问题。未知的非线性函数和外部干扰被考虑到所研究的系统中。在本章节中,模糊逻辑系统被用来构建a-c架构,其中actor和critic分别被用来执行控制行动和评估系统的性能。随后,最优控制设计与Backstepping技术相结合,通过逐步反馈和调整a-c结构来完成控制目标。鉴于最优控制器设计和模糊逻辑系统对应的自适应参数的复杂性,命令滤波器的引入可以有效地解决这个问题。此外,提出的控制设计方案可以保证非线性切换系统的稳定性,这一点在仿真结果中得到了证明。

关键词：自适应控制模糊逻辑系统神经网络磁滞非线性最优控制

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超磁致伸缩驱动器磁滞非线性数值模拟研究

功能材料 2016年第5期47卷 170-175页

作者：喻曹丰何涛王传礼邓海顺鲍焱安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)具有磁滞非线性现象,以经典Jiles-Atherton模型为基础,建立了包含偏置磁场强度和预压应力的GMA磁滞非线性模型,进行了数值仿真分析,得到了偏置磁场强度和预压应力对GMA磁化... 详细信息

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)具有磁滞非线性现象,以经典Jiles-Atherton模型为基础,建立了包含偏置磁场强度和预压应力的GMA磁滞非线性模型,进行了数值仿真分析,得到了偏置磁场强度和预压应力对GMA磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的影响规律。结果表明,偏置磁场强度对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较大,调整偏置磁场强度的大小,可改变磁化强度曲线的线性区间,并能抑制或消除磁致伸缩应变曲线的倍频效应;预压应力对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较小,施加不同的预压应力,可改变磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的变化率。这与现有试验得到的结论相吻合,验证了所建磁滞非线性模型的合理性。

关键词：超磁致伸缩驱动器磁滞非线性磁化强度磁致伸缩应变

超磁致伸缩换能器磁滞非线性分析及驱动信号探究

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传感器与微系统 2021年第1期40卷 26-29页

作者：余昌筠张伟光王国荣杨旭孙权林梦圆哈尔滨师范大学物理与电子工程学院黑龙江哈尔滨150028

通过对超磁致伸缩材料的磁畴理论、磁滞非线性以及倍频现象的分析,提出了超磁致伸缩换能器驱动信号应具有减小磁畴惯性、削弱剩磁和消除倍频现象的能力;综合以上因素,确立了一种新的能够满足要求的驱动信号。实验结果表明:提出的换能器... 详细信息

通过对超磁致伸缩材料的磁畴理论、磁滞非线性以及倍频现象的分析,提出了超磁致伸缩换能器驱动信号应具有减小磁畴惯性、削弱剩磁和消除倍频现象的能力;综合以上因素,确立了一种新的能够满足要求的驱动信号。实验结果表明:提出的换能器驱动信号的驱动效率要明显优于目前使用的方波信号和梯形波信号。提出的观点为换能器的驱动电路设计奠定了基础。

关键词：磁致伸缩磁畴磁滞非线性驱动信号

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超磁致伸缩换能器的磁滞非线性动力学仿真

力学与实践 2009年第3期31卷 35-38页

作者：袁惠群孙华刚李东李岩东北大学理学院沈阳110004 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004 总装备部军械技术研究所石家庄050001

在超磁致伸缩材料输出端位移假设的基础上,建立了以输出顶杆为研究对象、考虑材料内部磁滞非线性及预压弹簧特性的超磁致伸缩换能器非线性动力学模型;并将Simulink仿真系统应用到超磁致伸缩换能器系统动力学仿真中.仿真结果表明:换能器... 详细信息

在超磁致伸缩材料输出端位移假设的基础上,建立了以输出顶杆为研究对象、考虑材料内部磁滞非线性及预压弹簧特性的超磁致伸缩换能器非线性动力学模型;并将Simulink仿真系统应用到超磁致伸缩换能器系统动力学仿真中.仿真结果表明:换能器模型系统为稳定周期运动系统,并具有滞回非线性特性;弹簧非线性项中的平方项是影响换能器模型系统的主要因素.经验证,数值计算结果与文献给出的试验测试结果吻合较好.

关键词：磁滞非线性超磁致伸缩换能器动力学模型 Simulink仿真

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超磁致伸缩驱动器磁滞非线性系统主共振分析

兵器材料科学与工程 2020年第1期43卷 91-95页

作者：闫洪波高鸿郝宏波内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 包头稀土研究院内蒙古包头014030

为研究超磁致伸缩驱动器(GMA)磁滞非线性系统的主共振特性,通过分析GMA的工作原理,利用机械动力学原理,采用牛顿方法建立GMA的磁滞非线性动力学微分方程;应用多尺度法分析GMA磁滞非线性动力学系统的主共振,得到系统幅频响应曲线方程。... 详细信息

为研究超磁致伸缩驱动器(GMA)磁滞非线性系统的主共振特性,通过分析GMA的工作原理,利用机械动力学原理,采用牛顿方法建立GMA的磁滞非线性动力学微分方程;应用多尺度法分析GMA磁滞非线性动力学系统的主共振,得到系统幅频响应曲线方程。结果表明:在给定GMA参数的条件下,共振曲线随GMM棒的等效阻尼系数、预应力、磁场强度的增大无"跳跃"现象;共振曲线随3次刚度项系数的增大发生"跳跃"现象。通过对GMA磁滞非线性系统主共振分析,得到的结论能为GMA结构优化设计提供理论依据和技术支持。

关键词：超磁致伸缩驱动器磁滞非线性动力学模型主共振多尺度法

基于最小二乘支持向量机的超磁致伸缩执行器磁滞非线性模型

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机床与液压 2012年第23期40卷 4-6页

作者：李跃松朱玉川吴洪涛牛世勇田一松南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 西安飞行自动控制研究所陕西西安710065

为准确模拟超磁致伸缩执行器的磁滞非线性特性,基于最小二乘支持向量机与实验数据建立了超磁致伸缩执行器的模型,结果显示所建模型都能够充分逼近非线性实验数据点。为提高模型的求解速度,仅选用一半的实验数据建立了小样本模型,并与神... 详细信息

为准确模拟超磁致伸缩执行器的磁滞非线性特性,基于最小二乘支持向量机与实验数据建立了超磁致伸缩执行器的模型,结果显示所建模型都能够充分逼近非线性实验数据点。为提高模型的求解速度,仅选用一半的实验数据建立了小样本模型,并与神经网络所建小样本模型对比,结果表明:基于最小二乘支持向量机所建模型的位移预测误差小于1.2μm,而基于神经网络所建模型的位移预测误差大于1.5μm。

关键词：超磁致伸缩磁滞非线性最小二乘支持向量机神经网络

基于Preisach模型的磁控形状记忆合金执行器磁滞非线性研究

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基于Preisach模型的磁控形状记忆合金执行器磁滞非线性研究

作者：郝鸣吉林大学

学位级别：硕士

近年来，人们对智能材料的关注越来越多。磁控形状记忆合金(MagneticallyControlled Shape Memory Alloy, MSMA)作为一种新型的智能材料，兼具形状记忆效应和磁控形状记忆效应，不仅具有温控形状记忆合金输出应变大的特点，并且具有超... 详细信息

近年来，人们对智能材料的关注越来越多。磁控形状记忆合金(MagneticallyControlled Shape Memory Alloy, MSMA)作为一种新型的智能材料，兼具形状记忆效应和磁控形状记忆效应，不仅具有温控形状记忆合金输出应变大的特点，并且具有超磁致伸缩材料响应速度快，效率高和易于控制的优点。拥有这些优点，磁控形状记忆合金材料未来会受到更多的关注。相比较其他智能材料，磁控形状记忆合金材料的历史较短，对磁控形状记忆合金执行器的研究也很少。本文主要针对磁控形状记忆合金执行器的磁滞非线性进行研究，设计能够补偿磁滞非线性的逆模型和位移高精度控制方案，提高执行器的控制精度。本文首先介绍了磁控形状记忆合金的形变机理、性能特点和MSMA执行器的工作原理，对磁滞非线性进行了分析研究。采用Preisach模型建立磁控形状记忆合金执行器的正模型;分别采用递推最小二乘法、加权递推最小二乘法和遗忘因子最小二乘法作为其密度参数的辨识方法。通过实验仿真证明所建模型的有效性。根据Preisach模型的建模原理，本文采用估计法建立执行器的逆模型，并以逆模型作为前馈控制器实现执行器的开环控制，对执行器的磁滞非线性进行补偿。仿真结果表明，前馈控制能够很好地补偿磁滞非线性，提高了执行器的控制精度。为了进一步对磁滞非线性进行补偿，本文提出了基于Preisach逆模型前馈补偿的PID复合控制和基于Preisach逆模型前馈补偿的模糊自适应整定PID复合控制方案。仿真研究结果表明，所提出的复合控制方案能够很好地降低磁滞非线性对执行器控制精度的影响。

关键词：磁控形状记忆合金执行器磁滞非线性 Preisach模型复合控制模糊控制