迟滞非线性系统滑模自适应控制策略研究

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压电陶瓷、记忆合金等智能材料构成的微执行器具有控制精度高、稳定性好等优点而被广泛应用与微电子制造、航空航天等重要领域。但是这些智能材料本事存在的迟滞特性不仅会降低系统的控制精度,甚至会直接影响到系统的稳定性,因此消除迟滞非线性是微纳米系统的首要问题。因此本文在研究迟滞特性的基础上,利用Preisach函数表征迟滞特性,结合自适应滑模控制策略,建立了基于Preisach逆模型前馈补偿的控制系统。本文所做的主要工作如下:(1)在总结现有表征迟滞特性的方法上,选取应用最广泛的Preisach数学模型表征迟滞特性,并且讨论研究Preisach逆模型的存在性及定理。在几何描述的基础上,得到Preisach数学模型以及其逆模型的数字实现方式。(2)在总结带有迟滞特性系统的基本控制方法上,并且根据带有迟滞特性系统的特点及控制要求,设计基于迟滞逆模型前馈补偿的控制系统,采用Preisach模型表征迟滞特性,利用Preisach逆模型提供前馈补偿,结合不同控制算法,构成基于迟滞逆模型前馈补偿控制系统。(3)针对一般压电陶瓷控制系统,采用设计基于迟滞逆模型前馈补偿的控制系统,结合自适应滑模控制算法,实现位置跟踪控制目标。通过实验对比,在获得的逆模型精度不高的前提下,验证了逆模型前馈补偿控制系统较逆模型串级控制系统能更好实现跟踪控制,并且跟踪误差减小了4%,能更有效地减弱迟滞特性对系统的影响。(4)针对带有迟滞特性的SISO非线性系统,同样采用基于迟滞逆模型前馈补偿控制系统,结合自适应反步滑模算法,实现位置跟踪目标。通过实验对比,证实了同样在获得的逆模型精度不高的前提下,逆模型前馈补偿控制系统较逆模型串级系统,更有效地减弱迟滞特性对系统的影响,并且提高了控制精度,跟踪误差减小10%。
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