磁控形状记忆合金执行器位移率相关、磁-热耦合复杂迟滞非线性控制方法

As a new type of precision driving and positioning devices, magnetic shape memory alloy actuator has the advantages of a fast response frequency and outstanding strain capability which is occupied by piezoelectric ceramic, giant magnetostriction and temperature controlled shape memory alloy. The hysteresis nonlinearity in magnetic shape memory alloy actuators, however, limits system performance and further application in the field of micro-drive and micro-position. On the basis of previous research，this project investigates the rate-dependent and magnetic-thermal coupling complex hysteresis nonlinearity of magnetic shape memory alloy actuator for the purpose of achieving micro-nano-precision positioning control. This project is mainly on researching the formation mechanism of complex nonlinearity of magnetic shape memory alloy actuator, modeling the rate-dependent and magnetic-thermal coupling complex hysteresis nonlinearity and proposing the model reference adaptive control method based on the proposed model, the robust adaptive control method based on hysteresis nonlinearity model and the adaptive sliding mode variable structure control method based on separate hysteresis nonlinearity model. This project will promote the development of high precision control theory and methods for magnetic shape memory alloy actuator, and accelerate development of magnetic shape memory alloy actuator positioning and drive mechanism. Simultaneously, it provides an initial theoretical and methodological basis for the further study of precision micro-positioning and micro actuating device.

磁控形状记忆合金执行器是一种新型的精密驱动与定位器件，兼具压电、超磁致伸缩执行器响应频率快和温控形状记忆合金执行器输出位移大的优点，但其输出位移存在复杂非线性，制约了其在微驱动和微定位领域的应用。本项目在前期研究工作基础上，针对磁控形状记忆合金执行器位移存在的率相关、磁-热耦合复杂迟滞非线性问题展开研究工作，旨在实现微纳米级精度的定位控制。主要研究磁控形状记忆合金执行器输出位移复杂非线性的形成机理，构建率相关、磁-热耦合复杂迟滞非线性模型，提出基于该模型的模型参考自适应控制方法；研究基于迟滞非线性模型的鲁棒自适应控制方法和基于分离式迟滞非线性模型的自适应滑模变结构控制方法。本项目能够促进磁控形状记忆合金执行器高精度控制理论与方法的发展，加快磁控形状记忆合金执行器定位与驱动机构的发展步伐，为进一步研究磁控形状记忆合金执行器精密微定位和微驱动装置提供前期理论和方法基础。

磁控形状记忆合金执行器是一种新型的精密驱动与定位器件，兼具压电、超磁致伸缩执行器响应频率快和温控形状记忆合金执行器输出位移大的优点，但其输出位移存在复杂非线性，制约了其在微驱动和微定位领域的应用。本项目在前期研究工作基础上，针对磁控形状记忆合金执行器位移存在的率相关、磁-热耦合复杂迟滞非线性问题展开研究工作，旨在实现微纳米级精度的定位控制。主要研究磁控形状记忆合金执行器输出位移复杂非线性的形成机理，构建率相关、磁-热耦合复杂迟滞非线性模型，提出基于智能优化算法的神经网络迟滞模型，以迟滞算子为神经网络输入的迟滞模型和基于神经网络在线辨识的迟滞模型；设计径向基神经网络前馈补偿控制器和基于改进KP模型的模型参考自适应控制器。所提出的模型均能有效描述磁控形状记忆合金执行器的迟滞特性，最大建模误差率均小于1%。设计的控制器能有效抑制迟滞对系统的影响，最大跟踪误差率小于0.8%，实现了对磁控形状记忆合金执行器的高精度控制。本项目能够促进磁控形状记忆合金执行器高精度控制理论与方法的发展，加快磁控形状记忆合金执行器定位与驱动机构的发展步伐，为进一步研究磁控形状记忆合金执行器精密微定位和微驱动装置提供前期理论和方法基础。