磁控形状记忆合金执行器非线性建模及滑模控制方法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013522101密级：公开研吉林大学硕士学位论文（学术学位）磁控形状记忆合金执行器非线性建模及滑模控制方法研究ResearchofHysteresisNonlinearityModelingandSlidingModeControlMethodforMagneticallyControlledShapeMemoryActuators作者姓名：杨鹏专业：控制理论与控制工程研究方向：微纳米驱动与控制技术指导教师：周淼磊教授培养单位：通信工程学院2016年6月——————

2、———————————————————————————磁控形状记忆合金执行器非线性建模及滑模控制方法研究—————————————————————————————————ResearchofHysteresisNonlinearityModelingandSlidingModeControlMethodforMagneticallyControlledShapeMemoryActuators作者姓名：杨鹏专业名称：控制理论与控制工程指导教师：周淼磊教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年6月4日未经本论文作者的书面授

3、权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人辣重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中１＾｜明确方式标明。

4、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学賺作者签名：节啦日期：年《月今日摘要磁控形状记忆合金执行器非线性建模及滑模控制方法研究磁控形状记忆合金(MagneticallyControlledShapeMemoryAlloy，MSMA)作为智能材料的代表，具有高频响、大行程和能量密度大等特点，被认为是制造执行器的理想材料之一。以MSMA为材料制作的执行器具有传统执行器无法比拟的优势，但是由于MSMA执行器输入输出间存在复杂迟滞非线性特性，严重阻碍了其在微定位与微驱动等领域的应用，因此需要设计合理的控制方法

5、消除MSMA执行器迟滞非线性的影响。围绕这个问题本文从两个方面开展研究工作，首先围绕如何建立精确的数学模型描述MSMA执行器迟滞非线性的问题进行深入研究，其次考虑在迟滞非线性模型的基础上，设计有效的控制策略来减小MSMA执行器迟滞非线性的影响。本文利用带有外生变量的非线性回归平均滑动(NonlinearAutoRegressiveMovingAverageExogenous，NARMAX)模型描述MSMA执行器复杂迟滞非线性。为了解决NARMAX模型存在待辨识参数较多的问题，本文分别采用径向基神经网络(RadialBa

6、sisFunctionNeuralNetwork，RBFNN)和对角递归神经网络(DiagonalRecurrentNeuralNetwork，DRNN)辨识NARMAX模型的参数，建立具有较高建模精度的NARMAX迟滞非线性模型。仿真结果表明，基于神经网络辨识的NARMAX模型能够有效描述MSMA执行器的迟滞非线性特性，验证了该模型的可行性和有效性。通过变换NARMAX模型的外生变量函数，本文提出了能够描述逆迟滞非线性特性的NARMAX逆模型，并利用具有较高辨识精度的RBFNN辨识得到NARMAX逆模型的未知参数。在

7、NARMAX逆模型的基础上，本文设计出具有预补偿功能的前馈控制器，实现MSMA执行器的前馈控制。仿真结果表明，前馈控制在一定程度上降低了MSMA执行器迟滞非线性的影响，提升了MSMA执行器的控制精度，但是前馈控制存在抗干扰能力差的问题。因此，本文在前馈控制的基础上加入自适应PID控制，提出前馈控制加反馈控制的复合控制策略。仿真结果表明，复合控制能够有效提升MSMA执行器的控制精度和抗干扰能力，验证了复合控制的有效性。为了进一步提高MSMA执行器控制系统的控制精度和鲁棒性，本文对自适应滑模控制(AdaptiveSlidi

8、ngModeControl，ASMC)进行了研究。通过设计自适应律和滑模趋I近律，本文得到了能够有效提升系统抗扰能力、跟踪性能和控制精度的ASMC，进一步消除了MSMA执行器迟滞非线性的影响。为了进一步提高系统的跟踪性能和控制精度，本文在ASMC的基础上提出自适应反演滑模控制(AdaptiveBack-steppingSlidin