本技术针对直线磁阻电机单频磁滞非线性建模,应用于超精密运动控制领域。通过深入分析电机输入电流与输出磁通间的磁滞特性,采用相移有理基方法,实现对磁滞环的精确建模,优化电机控制性能。
背景技术
遵从半导体业界的摩尔定律,为了满足未来高精度、短行程工业运动系统在生产量和精度方面的苛刻要求,必须开发能够有效提供高出力密度的执行器。目前提出的基于磁阻力开发的执行器,即直线磁阻电机,这种执行器可以提供更高的出力密度和更低的能量耗散,但是其出力具有复杂的非线性,必须解决其复杂非线性问题才能将其有效地应用于纳米精度定位场景。
从控制的角度来看,主要的出力非线性包括电流和力之间存在的固有的二次非线性,出力的位置依赖性,铁磁芯的率相关磁滞非线性。因此,必须对控制方法进行全面研究,以实现一致和准确的纳米定位力,那么解决软铁磁材料中的磁滞现象变得至关重要,因为它变得更加突出。用于补偿磁化滞后的一种有效的方法就是利用磁滞模型的逆模型,因此,精确地对磁滞现象进行建模至关重要。
国内外学者对磁阻电机的磁滞非线性进行了研究,针对此类复杂的磁滞非线性,已经开发和研究了多种模型。根据建模的原理不同,主要分为两大类:物理磁滞模型和唯象磁滞模型。物理磁滞模型是利用物理定律建立的模型,它是根据物质本身的物理特性和结构来描述迟滞的。Jiles-Atherton模型和Maxwell模型均为典型的物理磁滞模型,但是由于根据物理定律建立的模型都比较复杂,计算难度高,且建模的精度有限,因此一般难以应用于实际的控制系统中。唯象磁滞模型是描述材料迟滞现象而建立的模型,根据实验获取的输入输出数据,利用各种智能算法来辨识模型中的参数,便可以模拟各种实际磁滞系统,但它会忽略材料本身的物理特性和结构,例如Duhem模型、Bouc-Wen模型、Preisach模型等。目前现有的这些模型普遍存在模型复杂、待辨识参数较多以及电流反向时,即转折点处,磁滞模型建立不够准确的缺点。
公开号为CN117130276A、公开日为2023年11月28日、名称为“一种基于Duhem迟滞模型的压电陶瓷迟滞补偿方法”的发明专利申请,提供了一种压电陶瓷迟滞补偿方法,该方法将Duhem模型的逆模型用于前馈控制,实现对压电陶瓷迟滞特性的补偿,但该专利中的Duhem模型待辨识参数较多,辨识难度较大。
公开号为CN115857311A、公开日为2023年3月28日、名称为“一种微振动抑制平台的迟滞补偿控制方法”的发明专利申请,提供了一种微振动抑制平台的迟滞补偿控制方法,该方法引入了频率因子,对Bouc-Wen模型进行了改进,并将其作为前馈控制,能够提高微振动抑制平台的动态性能和稳态精度,该专利相对于Bouc-Wen模型建模更准确,但不是针对直线磁阻电机的磁滞现象建立的模型,在转折点处模型建立不够准确,不适用于直线磁阻电机的磁滞补偿。
实现思路