基于混沌粒子群算法的压电微纳平台迟滞模型参数辨别.pdf
《基于混沌粒子群算法的压电微纳平台迟滞模型参数辨别.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于混沌粒子群算法的压电微纳平台迟滞模型参数辨别.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第期 年月探 测 与 控 制 学 报J o u r n a l o fD e t e c t i o n&C o n t r o lV o l N o A u g 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:赵一炘(),女,山西大同人,硕士研究生.基于混沌粒子群算法的压电微纳平台迟滞模型参数辨别赵一炘,须颖,安冬(沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁 沈阳 )摘要:针对压电微纳平台存在迟滞非线性问题,建立改进的B o u c W e n模型描述压电微纳平台迟滞现象并使用混沌粒子群算法对模型参数进行参数辨识.通过引入迟滞非线性项对原始B o u c W e n模型进行改进来获得更好的
2、迟滞拟合曲线;为了解决辨识精度低的问题,使用混沌粒子群算法来增强算法在局部的寻优能力.结果表明,以频率为H z驱动电压为例,改进的B o u c W e n模型相较于传统B o u c W e n模型能更加准确地描述其迟滞现象.同时使用混沌粒子群优化算法参数拟合的平均误差以及均方根误差均优于传统粒子群算法,有效提高了位移迟滞数据的拟合精度.关键词:压电执行器;改进B o u c W e n模型;粒子群;混沌粒子群中图分类号:T H 文献标志码:A文章编号:()P i e z o e l e c t r i cM i c r o n a n oP l a t f o r mH y s t e r
3、 e s i sM o d e lP a r a m e t e rD i s c r i m i n a t i o nw i t hC h a o t i cP a r t i c l eS w a r mA l g o r i t h mZ HAOY i x i n,XUY i n g,AND o n g(C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,S h e n y a n gJ i a n z h uU n i v e r s i t y,S h e n y a n g ,C h i n a)A b s t r a
4、 c t:A n i m p r o v e dB o u c W e nm o d e lw a se s t a b l i s h e dt od e s c r i b e t h eh y s t e r e s i so f t h ep i e z o e l e c t r i cm i c r on a n op l a t f o r ma n dt h em o d e l p a r a m e t e r sw e r e i d e n t i f i e du s i n gt h e c h a o t i ce x a m p l eg r o u pa l
5、g o r i t h m F i r s t l y,t h eh y s t e r e t i cn o n l i n e a r t e r mw a s i n t r o d u c e dt oi m p r o v et h eo r i g i n a lB o u c W e nm o d e l t oo b t a i nab e t t e rh y s t e r e t i cf i t t i n gc u r v e S e c o n d l y,i no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e mo f l o wi
6、d e n t i f i c a t i o na c c u r a c y,c h a o t i cp a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mw a su s e dt oe n h a n c e t h e l o c a l o p t i m i z a t i o na b i l i t yo f t h ea l g o r i t h m T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e i m p r o v e dB o u c W e nm o
7、 d e lc o u l dd e s c r i b et h eh y s t e r e s i sm o r ea c c u r a t e l yt h a nt h et r a d i t i o n a lB o u c W e nm o d e lw h e nt h e f r e q u e n c yw a sH zd r i v i n gv o l t a g e M e a n w h i l e,t h em e a ne r r o ra n dr o o tm e a ns q u a r ee r r o ro fp a r a m e t e r f
8、 i t t i n gu s i n gc h a o t i cp a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mw e r eb e t t e r t h a nt r a d i t i o n a l p a r t i c l e s w a r mo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m,w h i c he f f e c t i v e l y i m p r o v e dt h e f i t t i n ga c c u r a c yo fd i
9、s p l a c e m e n th y s t e r e s i sd a t a K e yw o r d s:p i e z o e l e c t r i ca c t u a t o r;i m p r o v e dB o u c W e nm o d e l;p a r t i c l es w a r m;c h a o t i cp a r t i c l es w a r m 引言压电陶瓷作为一种智能材料,经过多年的发展,已经在工业制造上获得了广泛的应用.目前,以压电材料作为驱动元件的微纳定位平台已经在显微镜、纳米制造系统中广泛应用并取得了良好的效果.我国目前在粗定位
10、技术上已经比较成熟,但是在精确定位技术上仍然还有许多不足.因此,对压电微纳平台的深入研究,对我国精密运动控制以及精密仪器的工业制造具有重要意义.压电微纳系统的驱动设备是压电陶瓷驱动器,其优势在于输出位移的高稳定性以及良好的重复性,能适应高纳米级动态分辨率的技术要求.然而,由于压电陶瓷的材料特性,驱动器的电压输入与位移输出间存在 明显且较 为复杂 的 迟 滞 非 线 性 现象.由于B o u c W e n模型具有模拟各种迟滞行为的能力,被广泛应用于模拟具有迟滞特性的结构材料与系统中.可由于实际的迟滞回线通常是不对称的,而标准B o u c W e n模型是近似中心对称模型,所以对迟滞曲线的描述
11、并不完全准确.为了解决这个问题,文献 提出了一种归一化B o u c W e n模型,利用对内部的迟滞变量进行归一化处理去消除冗余参数.文献 改变原模型的单变量形式,提出了一种新的多变量滞后B o u c W e n模型.虽然他们都对B o u c W e n模型进行了相应的改进,但仍然无法达到非常精确地对迟滞现象进行描述.本文通过增加一个迟滞非线性项,将原对称模型改为非对称模型,添加初值补偿因数,更加真实地对系统的初始情况进行反映.改进后的B o u c W e n模型可更为准确地描述压电微纳平台的迟滞情况.迟滞模型的精确程度决定了能否准确地对迟滞现象进行描述,迟滞模型的参数较多会使得辨识出
12、来的参数精确度不高,所以要寻找简单有效的方法对迟滞模型的参数进行识别.本文通过使用粒子群算法对改进后的迟滞模型进行参数识别.但由于传统粒子群算法,容易陷入局部极值.对多参数对象辨识时,会出现效率低、模型准确率差等问题.为解决此问题,本文引入混沌映射,选用L o g i s t i c混沌作为混沌粒子群优化算法中的惯性权重,来增强粒子群的优化能力,实现更为准确的迟滞曲线拟合.压电微纳平台迟滞模型 平台原理与迟滞机理压电微纳平台主要是由压电驱动器和机械结构平台两部分构成,主要利用压电陶瓷的逆压电效应.当电场作用于介质极化方向时,在一定的方向上会发生压力或变形,外加电场消失时变形和应力也会随之恢复,
13、这一过程将电能转化为机械能.压电微纳平台能够引起位移变化正是利用了压电材料的逆压电效应.在外加驱动电压的控制下,压电陶瓷的位移输出未达到理想的线性关系,表现为升压阶段与降压阶段曲线并不是斜率恒定的曲线,且输入与输出曲线不重合,存在明显的位移差,这种现象就称为压电陶瓷的迟滞现象.B o u c W e n迟滞模型B o u c W e n模型的数学表达式简单,模型参数数量不多,当对模型参数进行调整时能够得到各种迟滞环.这些迟滞环可以描述出大部分迟滞特性,因此在对迟滞特性进行拟合时常选用B o u c W e n模型.B o u c W e n模型是一种典型的由微分方程式所建立,来表示输出信号随输
14、入信号的变化关系的模型.本文主要对B o u c W e n模型进行研究.具有迟滞特 性 的 压 电 陶 瓷 执 行 器 可 以 用B o u c W e n模型 表示为yt()kut()kht()hAuB uh hnCuhn,()式()中,h表示B o u c W e n迟滞模型的迟滞部分,参数k和k为权重系数,A、B、C、n为B o u c W e n迟滞模型的用于描述迟滞特性的参数,t为时间,用微分方程来表征输出 位移y随输入电压u的变化关系.虽然传统B o u c W e n模型可详细描述出对称的迟滞现象,但是实际的迟滞回线通常是不对称的.所以本文根据压电微纳定位平台实际情况,对传统的
15、B o u c W e n模型进行改进.改进B o u c W e n迟滞模型参数辨识 改进B o u c W e n迟滞模型由于传统B o u c W e n模型是近似中心对称模型,而实际系统所形成的迟滞曲线通常是不对称的.并且传统B o u c W e n模型不能反映系统真实的初始情况,所以需要对标准B o u c W e n模型进行改进.改进的方法是在标准B o u c W e n模型的基础上,首先增加一个迟滞非线性项,以便于将原对称模型改为非对称模型.然后增加一个初值补偿因数d,更加真实地对系统的初始情况进行反映.改进的B o u c W e n模型如下:yt()kut()kht()d
16、huhn()s g nuh()s g nu()s g nh(),()式()中,h表示B o u c W e n模型改进部分,迟滞特赵一炘等:基于混沌粒子群算法的压电微纳平台迟滞模型参数辨别性参数分别为、,d为初值补偿因数.为了验证改进B o u c W e n模型可以有效地模拟压电微纳平台迟滞回线情况,采用频率为H z的正弦波作为输入,采用粒子群算法分别对传统B o u c W e n迟滞模型和改进B o u c W e n模型进行参数辨识,得出电压与位移曲线.图为标准B o u c W e n迟滞模型拟合情况,图为改进B o u c W e n迟滞模型拟合情况.图标准B o u c W e
17、n迟滞模型拟合情况F i g F i t t i n go f s t a n d a r dB o u c W e nh y s t e r e s i sm o d e l图改进B o u c W e n迟滞模型拟合情况F i g I m p r o v e dB o u c W e nh y s t e r e s i sm o d e l f i t t i n g从图、图中可以看出标准B o u c W e n迟滞模型可以基本描述压电微纳定位平台的迟滞现象,但是拟合情况仍存有较大误差.改进后的B o u c W e n迟滞模型则明显可以更好地模拟真实迟滞曲线,说明本文的改进B o u
18、 c W e n模型比原模型对迟滞情况的描述更为精准.粒子群算法粒子 群 算 法 是 于 年 由 计 算 机 专 家E b b e r h a r等提出的.粒子群算法的结构设计较为简单,不需要像遗传算法一样,对个体进行交叉和变异等操作,运算速度较快.粒子群算法是从随机初始值出发,经过不断搜索寻找最佳解.通过跟踪当前的局部最优预测值来确定全局最优解 .基本的粒子群算法步骤如下:)初始化粒子群:对粒子位置xi、速度vi、集群的大小N、最大迭代数G和学习因子c、c等粒子速度和位置进行初始化;)计 算 适 应 度 值:将 每 个 粒 子 数 据 引 入 到B o u c W e n模型中,经过计算后获
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 混沌 粒子 算法 压电 平台 迟滞 模型 参数 辨别
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。