伺服阀用超磁致伸缩电机转换器控制技术研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonthecontroltechnologyofGiantMagnetostrictiveActuatorforServoValveAThesisinMechanicalEngineeringByXuHongxiangAdvisedbyProf.ZhuYuchuanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfo

2、rtheDegreeofMasterofEngineeringJanuary，2013承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学

3、位论文摘要近年来，国内外众多学者对新型功能材料在电液伺服阀领域的应用开展了相关研究，特别是以超磁致伸缩材料（GiantMagnetostrictiveMaterial，简写为GMM）为基础的新型电-机转换器的研制与开发，为从根本上提高电液伺服阀流量、频响等性能指标开拓了思路、注入了活力。然而就现阶段而言，由于GMM内部复杂的本征非线性与磁滞特性，使得GMM及其电-机转换器的实际应用中存在输出位移或力滞回性强、非线性严重、定位精度不高等一些关键技术难题亟需突破，本文以超磁致伸缩电-机转换器（GiantMagnetostrictiveActuator，简称GMA）在电液伺服领域的应用为

4、背景，着重对GMA的磁滞非线性建模及其控制技术展开研究。在GMA磁滞非线性建模技术方面，在详细分析GMA结构组成和工作原理的基础上，运用Preisach和Prandtl-Ishlinskii磁滞理论分别对准静态与动态输入信号下GMA输出-输入的滞回非线性行为进行数学建模，所建Preisach静态磁滞模型较好地表征了GMA准静态输入信号下的磁滞情况，为扩大Preisach磁滞模型的应用范围，继而提出一种新型双曲正切动态磁滞算子，其形状参数为输入变化率的双曲正切函数，在此基础上构造了GMA的动态Preisach模型，并利用BP神经网络完成了模型参数辨识，结果表明在20～120Hz频率的

5、输入电流下，该动态Preisach模型的最大预测位移均方根误差为1.62μm，最大绝对位移误差为3.87μm。考虑到后续GMA控制系统研究需求，为克服Preisach模型分布函数难以获得，逆模型算法实现较为复杂等缺点，在Preisach模型基础上扩展建立Prandtl-Ishlinskii磁滞模型，并对该模型进行仿真与实验研究，研究表明GMA的Prandtl-Ishlinskii磁滞模型能够灵活地描述GMM器件的各种磁滞行为，且便于实现控制器的设计和实时应用；在GMA控制技术方面，研发了一套基于TMS320F2812DSP的控制系统，包括A/D转换模块、D/A转换模块、串行接口模块

6、、伺服放大器模块等模块，继而在集成开发环境CCS3.3下完成控制系统相应软件的开发。最后搭建了GMA控制系统实验测试平台，进行了静动态特性实验测试，并利用Prandtl-Ishlinskii模型构造的前馈补偿器进行前馈控制实验研究，实验结果表明基于TMS320F2812的控制系统可以有效地补偿输入信号频率在10～100Hz变化范围内GMA的磁滞非线性，为超磁致伸缩材料及其电-机转换器的进一步应用提供了理论和实验依据。关键词：超磁致伸缩电-机转换器，Preisach磁滞模型，Prandtl-Ishlinskii磁滞模型，控制技术I南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTInrec

7、entyears,manyscholarsathomeandabroadhaveresearchedonnewfunctionalmaterialsintheapplicationofelectro-hydraulicservovalve,especiallyonGMM(GiantMagnetostrictiveMaterial)basedelectric-mechanicalconverterresearchanddevelopment,thusnewmeansto