[发明专利]一种用于超磁致伸缩跟踪平台的自适应逆跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种用于超磁致伸缩跟踪平台的自适应逆跟踪控制方法，包括以下步骤：首先，离线辨识得到超磁致伸缩作动器的左逆模型；其次，基于Filtered‑εLMS算法，使用两个完全相同的非线性滤波器复制超磁致伸缩作动器的左逆模型；最后，利用所述的两个非线性滤波器输出相减得到的误差信号自适应寻找控制器C，并且采用LMS算法在线调整滤波器的权系数，直到超磁致伸缩作动器的输出和参考模型的输出相同；其中，所述的两个完全相同的非线性滤波器，其中一个非线性滤波器的输入为对象输出；另一个非线性滤波器的输入为参考模型的输出。本发明通过抵消超磁致伸缩作动器的迟滞部分，实现了对超磁致伸缩作动器的准确跟踪控制。

技术领域

本发明涉及一种用于超磁致伸缩跟踪平台的自适应逆跟踪控制方法，属于动态迟滞非线性系统建模与控制领域。

背景技术

现代工业中常用的智能材料有压电、超磁致伸缩和形状记忆合金等。它们表现出电、热、磁、力场的耦合特性，利用这种特性可以将它们设计为作动器或传感器。对于微米级位移的定位跟踪，通常使用超磁致伸缩材料。可是这种智能材料存在严重的动态迟滞非线性特性。动态迟滞非线性特性不仅降低了控制系统的控制精度，还会使闭环系统的稳定性下降甚至导致系统振荡。

自适应逆控制用被控对象的逆作为串联控制器来对系统的动态特性作开环控制，避免了因反馈引起的不稳定性问题，同时又能将系统动态特性的控制与对象扰动的控制分开处理而互不影响，具有很大的优越性。具体的，将所述的自适应逆用于跟踪控制时，即通过自适应逆控制器(控制器的传递函数为被控对象的逆)驱动被控对象，使得对象的输出跟随期望输入。通常由于被控对象是未知的，因此需要自适应地调节控制器的参数使其逼近真实的被控对象逆，利用被控对象的输出与期望输入的误差信号，采用自适应算法调节控制器的参数使均方误差最小。

现有的线性自适应逆控制方法主要有Filtered-X LMS算法和Filtered-εLMS算法，然而上述的基于线性自适应滤波器的控制算法面对动态迟滞非线性系统时会遇到很大困难。具体的说，对于Filtered-X LMS算法，其存在的问题是系统的左逆与系统的乘积不等于系统的右逆与系统的乘积，因此不能应用到非线性系统控制；对于Filtered-εLMS算法，线性被控对象自适应逆控制器逼近被控对象传递函数的倒数，然而，对于非线性被控对象，其传递函数往往是不存在的，因此Filtered-εLMS算法无法直接应用于非线性系统控制中(也即无法直接应用于超磁致伸缩跟踪平台)。因此需要进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于超磁致伸缩跟踪平台的自适应逆跟踪控制方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，实现对超磁致伸缩作动器的准确跟踪控制。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种用于超磁致伸缩跟踪平台的自适应逆跟踪控制方法，包括以下步骤：首先，离线辨识得到超磁致伸缩作动器的左逆模型；其次，基于Filtered-εLMS算法，使用两个完全相同的非线性滤波器复制超磁致伸缩作动器的左逆模型；最后，利用所述的两个非线性滤波器输出相减得到的误差信号自适应寻找控制器C，并且采用LMS算法在线调整滤波器的权系数，直到超磁致伸缩作动器的输出和参考模型的输出相同；其中，所述的两个完全相同的非线性滤波器，其中一个非线性滤波器的输入为对象输出；另一个非线性滤波器的输入为参考模型的输出。

在离线寻找超磁致伸缩作动器的左逆模型时，信号发生器的输出需要具有和控制器输出相同的动态特性和统计特性；信号发生器的输出具有准确的动态特性对于非线性逆模型的求取非常关键。

优选的，所述的非线性滤波器采用GPO非线性自适应滤波器，从而可以更准确的描述超磁致伸缩作动器的动态迟滞特性。

优选的，所述的GPO非线性自适应滤波器，其包络函数采用双曲正切函数的反函数a tanh，从而可以有效抵消对象的非线性特性(利用GPO非线性滤波器辨识对象的时候选用的是双曲正切函数)。