應用RBF類神經網路於超音波馬達之位置控制

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杜孟奇(Mong-Qi Du ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

應用RBF類神經網路於超音波馬達之位置控制

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摘要(中)

超音波馬達系統驅動原理是利用壓電陶瓷因電壓而變形，進而產
生高頻振動來驅動轉子或滑塊來作動。因運動平台的慣性與滑軌的摩
擦力，造成此馬達有死區(Dead Zone 或Dead Band)問題，此為馬達最
明顯之非線性現象。為了解決此問題我們導入了類神經網路於此非線
性系統的鑑別上，首先將馬達系統的動態模型建構成由一個非線性
(死區)和一個線性系統兩部份所串連而成，再針對這種形態的系統模
型提出了藉由類神經網路訓練來鑑別其非線性部份之近似模型，再由
此死區近似模型配合類神經網路訓練出其逆模型(Inverse Model)來對
非線性部份做補償，最後再利用線性控制理論來控制系統線性部份。
這種控制方法的特色是類神經網路可以在架構不改變的前提下近似
出多種形態之非線性函數，而對於系統線性部份之控制器的設計也更
能以線性控制來完成。因為Radial Basis Function(RBF)網路在函數的
近似上有極佳的效果，所以在本研究中採用RBF 類神經網路來近似
馬達死區，而控制器設計是採用線性二次(Linear Quadratic, LQ)最佳
控制理論。經電腦模擬與實作皆可證明本研究可解決具有死區問題之
非線性系統，並精準的到達目標位置，完成超音波馬達之位置控制。

關鍵字(中)

★ 系統鑑別
★ 超音波馬達
★ 非線性適應控制
★ 類神經網路

關鍵字(英)

論文目次

摘要........................................................ I
目錄...... ............................................... III
圖索引.................................................... VI
第一章緒論...................................................1
1.1 前言......................................................1
1.2 研究目的..................................................2
1.3 研究方法..................................................3
1.4 文獻回顧..................................................4
1.5 論文結構..................................................6
第二章類神經網路與控制理論...................................7
2.1 類神經網路理論............................................7
2.1.1 神經元的模型............................................7
2.1.2 半徑式基底函數類神經網路(RBFN).........................12
2.1.3 RBF 神經網路的學習機制.................................17
2.2 線性二次型最佳控制設計...................................24
2.2.1 二次型最佳控制調節器...................................24
2.2.2 最佳二次型觀測器的建立.................................26
2.2.3 線性二次高斯最佳控制問題...............................29
第三章類神經網路非線性適應控制器設計........................31
3.1 控制系統架構........................ ....................31
3.2 死區的分類...............................................34
3.3 系統鑑別.................................................37
3.3.1 設定RBF 神經網路.......................................37
3.3.2 RBF 神經網路基底函數個數的選擇.........................38
3.3.3 建立完整的系統模型.....................................40
3.3.4 鑑別方法...............................................42
3.4 死區補償.................................................45
3.5 控制器的設計.............................................47
3.6 設計流程.................................................49
第四章電腦模擬與實作結果....................................51
4.1 電腦模擬.................................................51
4.1.1 系統鑑別...............................................52
4.1.2 逆網路補償.............................................72
4.1.3 控制結果...............................................76
4.2 實作與結果...............................................81
4.2.1 超音波馬達.............................................81
4.2.2 實驗架構...............................................82
4.2.3 系統鑑別...............................................86
4.2.4 逆死區訓練.............................................89
4.2.5 控制結果...............................................90
4.2.6 問題討論...............................................95
第五章結論與展望............................................97
5.1 結論.....................................................97
5.2 未來展望.................................................98
參考文獻.....................................................99

參考文獻

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指導教授

莊漢東(Han-tung Chuang)

審核日期

2001-7-9

推文