[发明专利]一种磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗匹配控制方法

权利要求书

1.一种磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、以压应力σ和驱动磁场强度H为输入神经元，杨氏模量E为输出神经元，构建对应Terfenol-D材料杨氏模量的三层神经网络模型；

步骤S2、从预设的原始数据集中，获取多个样本数据，并将所获取的多个样本数据分别形成训练样本集和测试样本集；其中，每一样本数据均包括由压应力σ、驱动磁场强度H及杨氏模量E组成的数据特征项；

步骤S3、将所述训练样本集导入所述三层神经网络模型中采用预设的贝叶斯正则化训练算法进行训练，以及将所述测试样本集导入所述三层神经网络模型中进行测试，得到训练测试好的三层神经网络模型；

步骤S4、对所述训练测试好的三层神经网络模型中各层间的连接权和阈值进行优化，得到优化后的三层神经网络模型；

步骤S5、根据所述训练样本集和所述测试样本集，对所述优化后的三层神经网络模型进行训练及测试，直至所述优化后的三层神经网络模型收敛于预设的误差指标内，得到对应Terfenol-D材料杨氏模量的最终三层神经网络模型；

步骤S6、基于所得到的对应Terfenol-D材料杨氏模量的最终三层神经网络模型，构建磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗模型；

步骤S7、基于所述磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗模型，构建磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗匹配控制网络，并搭建从Terfenol-D材料杨氏模量到偏置磁场的逆模型，得到目标刚度所需的偏置磁场水平，且待将所搭建的逆模型与磁致伸缩精密驱动装置进行串联补偿后，求解所搭建的逆模型，得到偏置磁场输入所述磁致伸缩精密驱动装置，使得所述磁致伸缩精密驱动装置能通过改变直流偏置线圈中的偏置电流来改变偏置磁场水平，实现机械内阻与负载阻抗自适应匹配。

2.如权利要求1所述的磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

首先，设置输入向量P和目标输出向量B分别为：

式中，P_i＝(σ_i,H_i)，i＝1,…,m；

其次，任意选取一组数据作为样本输入网络，隐藏层的输入向量和输出向量可以表示为：

式中，α为隐藏层的输入向量，β为隐藏层的输出向量，f为输入层到隐藏层的传递函数，w_ij为输入层到隐藏层的连接权，θ_j为隐藏层阈值；

然后，由隐藏层的输出向量，得到输出层的输入向量和输出向量为：

式中，χ为输出层的输入向量，δ为输出层的输出向量，L为隐藏层到输出层的传递函数，v_jt为隐藏层到输出层的连接权，γ_t为输出层阈值；

接着，确定输出层和隐藏层各单元误差为：

式中，d_t为输出层误差，e_j为隐藏层误差；

最后，根据公式(5)，对隐藏层和输出层的阈值和连接权进行修正，直到全局误差小于设定值，得到优化后的三层神经网络模型；

式中，Δw_ij为隐藏层的权值的变化量，Δθ_j为隐藏层的阈值的变化量，λ为误差系数，0λ1。

3.如权利要求1所述的磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

根据磁致伸缩精密驱动装置中各部件结构，确定磁致伸缩精密驱动装置的单自由度动力学模型；

基于所述磁致伸缩精密驱动装置的单自由度动力学模型，确定磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗网络；

基于所得到的对应Terfenol-D材料杨氏模量的最终三层神经网络模型以及所述磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗网络，利用机械阻抗法得到磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗模型。

4.如权利要求1所述的磁致伸缩精密驱动装置的机械阻抗匹配控制方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：

基于所得到的对应Terfenol-D材料杨氏模量的最终三层神经网络模型，构建从Terfenol-D材料杨氏模量到偏置磁场的逆模型；

基于所述磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗模型，构建磁致伸缩精密驱动装置机械阻抗匹配控制网络，并利用传感器获取负载运动中的位移、速度和加速度，并通过牛顿力学方程计算实时的负载阻抗；

对所计算出的负载阻抗进行分析计算，得到与之相匹配的系统内阻及对应的目标刚度，并通过对所述从Terfenol-D材料杨氏模量到偏置磁场的逆模型求解，得到目标刚度所需的偏置磁场水平，且待将所述从Terfenol-D材料杨氏模量到偏置磁场的逆模型与磁致伸缩精密驱动装置进行串联补偿后，进一步求解所搭建的逆模型，得到偏置磁场输入所述磁致伸缩精密驱动装置，使得所述磁致伸缩精密驱动装置能通过改变直流偏置线圈中的偏置电流来改变偏置磁场水平，实现机械内阻与负载阻抗自适应匹配。