[发明专利]改进Bouc-Wen模型迟滞建模方法

说明书

一种改进Bouc‑Wen模型迟滞建模方法，属于控制技术领域。本发明的目的是将Bouc‑Wen模型作为模糊神经网络的后件网络部分，使Bouc‑Wen模型的参数可以自适应的根据神经网络进行调整，并且让压电陶瓷微定位平台的频率相关和幅值相关的非对称迟滞环，从而实现高精度迟滞建模的改进Bouc‑Wen模型迟滞建模方法。本发明的步骤是：推导出离散化的Bouc‑Wen参数模型方程；构造出改进的Bouc‑Wen模型；根据压电陶瓷微定位平台测量得到建模所需的数据；用梯度下降法方法和得到的输入输出数据对。本发明极大的提高了模型对频率相关和幅值相关的非对称迟滞环的建模效果，为压电陶瓷微定位平台以后的控制器的设计和实际应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于控制技术领域。

背景技术

压电执行器已经广泛应用于很多精密制造领域中，如物镜扫描仪，精密定位等。而由压电执行器和柔性铰链组成的压电陶瓷微定位平台由于具有响应速度快，输出位移大等优点，使得其已经成为了精密驱动领域中的重要组成部分。然而，压电陶瓷材料自身具有的迟滞非线性特性，使得压电陶瓷微定位平台的定位精度会显著降低。目前，国内外学者对压电迟滞非线性特性的建模开展了大量的研究来更加精确的描述这一特性，从而为压电陶瓷微定位平台的控制器设计和定位精度的提高奠定一个夯实的基础。目前描述迟滞非线性的模型主要分为唯物模型和唯象模型，如Jiles-Atherton模型，Duhem模型，Preisach模型等。Y.Chen对Preisach模型进行了改进，用双曲函数来拟合迟滞环，用实验验证了改进的Preisach模型建模精度高于经典的Preisach模型。C.Wang等人将Duhem模型与动态线性部分串联并用粒子群算法和辨识工具箱来辨识模型参数，通过实验验证了该建模方法的有效性。

Bouc-Wen模型是由用微分方程来描述迟滞非线性特性的迟滞模型，它的数学表达简洁直观，而且参数较少，适用于对在工程应用中出现的迟滞非线性进行描述。但是，经典Bouc-Wen模型适用于对率无关且对称的迟滞环进行描述，对于压电等智能材料出现的频率相关和幅值相关的非对称迟滞环，描述性不足。那么，找到一种可以精确描述压电迟滞环的技术解决方案，对压电陶瓷微定位平台的建模和以后的高精度定位具有很大的意义。

发明内容

本发明的目的是将Bouc-Wen模型作为模糊神经网络的后件网络部分，使Bouc-Wen模型的参数可以自适应的根据神经网络进行调整，并且让压电陶瓷微定位平台的频率相关和幅值相关的非对称迟滞环，从而实现高精度迟滞建模的改进Bouc-Wen模型迟滞建模方法。

本发明的步骤是：

步骤1，根据Bouc-Wen模型的微分方程推导出离散化的Bouc-Wen参数模型方程；

步骤2，根据离散化的Bouc-Wen参数模型，将其作为模糊神经网络中的后件网络部分，

构造出改进的Bouc-Wen模型；

步骤3，根据压电陶瓷微定位平台测量得到建模所需的数据；

步骤4，用梯度下降法方法和得到的输入输出数据对，对改进Bouc-Wen模型中的神经网络参数和Bouc-Wen模型参数进行自适应的训练学习，得到最终的建模结果。

本发明Bouc-Wen模型的表达式为：

其中，y表示系统的迟滞输出位移，u表示系统的输入电压，α,β,γ,η表示Bouc-Wen模型的参数，h表示系统的迟滞非线性项；

离散化的Bouc-Wen参数模型表达式为：

y(k)＝ηu(k)-h(k),

h(k)＝h(k-1)+α(u(k)-u(k-1))-β|h(k-1)|(u(k)-u(k-1))