基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形狀記憶合金形變識別研究

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1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要形狀記憶合金(SMA)是一種新型的金屬性智能材料，它獨特的形狀記憶效應(yīng)，以及其良好的機械性能近年來引起廣泛關(guān)注，并在很多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。形狀記憶合金中，銅合金的形變是相當(dāng)可觀的，因為其可能的應(yīng)變單晶體變形可達(dá)到12％。此外，一旦將形狀記憶合金小型化，其形變時間系數(shù)可以減少到滿足實際工程應(yīng)用的要求?？捎糜谌缛斯ぜ∪?、位置調(diào)節(jié)器等。然而，這種材料呈現(xiàn)出遲滯現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了形狀記憶合金驅(qū)動器的推廣和使用，并使控制變得復(fù)雜。更糟的是，材料的老化特性嚴(yán)重能影響了記憶合金的性能。本文以形狀記憶合金中

2、存在的遲滯現(xiàn)象作為研究對象，建立了數(shù)學(xué)模型，設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其學(xué)習(xí)算法，并構(gòu)建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性遲滯環(huán)的逼近插值仿真系統(tǒng)。介紹了形狀記憶合金中形變遲滯模型的選擇，簡單描述了每個模型的特點和優(yōu)缺點，采用了Preisach模型捕捉材料的形變遲滯行為。詳細(xì)介紹了Preisach模型的特性，對本文研究的適用性。給出了此模型的幾何表達(dá)方式和數(shù)字表達(dá)式。引入了記憶距陣解決系統(tǒng)多變量系統(tǒng)的輸入問題。分析了Preisach模型中第一下降曲線(FODs)測量和計算的問題，提出了本文解決問題的方案。采用高斯徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并選取相應(yīng)的學(xué)

3、習(xí)算法自動調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的數(shù)量和分布，分離了非線型部分的計算，確定一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性模型，結(jié)合Preisach模型仿真形狀記憶合金的遲滯特性。提出了用Everett函數(shù)解決Preisach平面三角形計算和插值問題。降低了問題的復(fù)雜性，減少了雙積分計算難度，解決了非線性插值問題和曲線擬合問題。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)開環(huán)控制，使形變遲滯的識別得到順利的求解。通過計算機仿真實驗驗證了這一方法的可行性，并節(jié)省了大量現(xiàn)場實驗測試時間，實現(xiàn)了良好的識別效果。仿真系統(tǒng)和模型于2007年4月通過了法國高等工程師院校LPMM實驗室的驗收

4、，得到了實驗室工程人員的一致好評。關(guān)鍵詞：形狀記憶合金，遲滯，Preisach模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，形變識別。武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文ShapeMemoryAlloys(SMA)areinterestingalternativeformicro·actuators．Amongthem，copperalloysarequitepromisingsincethepotentialstrainofmonocrystalcanreach12％．Besides,onceminiaturized，timeconstantsarereduce

5、dtovaluescompatiblewitllmechatronicapplications．n地uniquepropertiesmakethemtheperfectchoiceformanyapplications．Inthelastdecade，someofthesuccessfulapplicationofSMAactuatorshasemerged．Howevertheseapplicationsonlyrequireon-offactuation．Inmanypotentialapplications，such

6、asmusclewires，positionactuator,morepreciseactuationofSMAisrequired．Andthesematerialsexhibithysteresiswhichcanseriouslyaffecttheperformancesoftheactuator，andmakethecontrolquitetricky．Tomakethingsworse．theagingofthematerialcanaffectinanon-trivialfashionbehavior．Tlli

7、sresearchwillconcentrateonprecisioncontrolofSMAactuators．nlisprojectisthecontinuationofpreviousworkwhichfocusedontheu船ofPreisachModeltocancelthehystereticbehaviorofthematerial，andtorelizeopenloopoperations．TllissolmionshowstObesuccessfulbutstillsufferedfromalongid

8、entificationprocess，anditisnotrobusttothechangeofparameterswhichresultfromaging．IntroducethePreisachmodelinordertoeliminatethenon-linearityhysteresis．Th