軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階pid控制器的構(gòu)造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法，先將軸向混合磁軸承的軸向位移信號(hào)與給定軸向位移參考位置信號(hào)比較得到位移偏差信號(hào)再輸入至常規(guī)分?jǐn)?shù)階PID控制器；然后設(shè)定魚群規(guī)模、視野范圍、移動(dòng)步長(zhǎng)、擁擠度因子、最多嘗試次數(shù)、最大迭代次數(shù)；每條人工魚的狀態(tài)包括比例、積分、微分系數(shù)以及微分階次系數(shù)、積分階次系；計(jì)算初始魚群、當(dāng)前時(shí)刻人工魚食物濃度、魚群視野和步長(zhǎng)；每條人工魚執(zhí)行覓食、聚群、追尾運(yùn)算以更新自己的位置，最后輸出最優(yōu)參數(shù)；本發(fā)明結(jié)合魚群算法和分?jǐn)?shù)階PID控制器的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的性能指標(biāo)實(shí)時(shí)優(yōu)化控制器參數(shù)，使系統(tǒng)具有更加良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。
【專利說明】軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非機(jī)械接觸磁懸浮軸承(磁軸承)的控制系統(tǒng)及控制方法設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]軸向混合磁軸承是一種由控制線圈產(chǎn)生控制磁通、由永磁體產(chǎn)生偏置磁通、從而使轉(zhuǎn)子懸浮于空間的磁軸承，具有懸浮力可控、精度高、剛度可調(diào)、功耗低、成本低、空間散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，軸向混合磁軸承的控制系統(tǒng)多采用經(jīng)典的整數(shù)階PID控制器對(duì)其進(jìn)行控制，但該方法過分依賴控制對(duì)象的模型參數(shù)，魯棒性較差，對(duì)于軸向混合磁軸承控制系統(tǒng)這類復(fù)雜且極需精密的控制系統(tǒng)，單純采用整數(shù)階PID控制器，很難滿足系統(tǒng)精密控制的要求。區(qū)別于傳統(tǒng)經(jīng)典的整數(shù)階PID控制器是在比例系數(shù)&、積分系數(shù)尤、微分系數(shù)&這三個(gè)參數(shù)的基礎(chǔ)上又引入了微分階次系數(shù)』和積分階次系數(shù)#的分?jǐn)?shù)階PID控制器，由于分?jǐn)?shù)階PID控制器多了兩個(gè)可調(diào)參數(shù)，可使其參數(shù)的整定范圍變大，能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活地控制。
[0003]PID控制器的控制性能與其控制器參數(shù)整定(參數(shù)設(shè)置與尋優(yōu))直接相關(guān)，采用常規(guī)的PID參數(shù)整定方法難以找到優(yōu)化參數(shù)，且容易產(chǎn)生振蕩和超調(diào)，很難達(dá)到較好的控制效果。而一些智能整定方法雖然能找到優(yōu)化解，但是存在算法比較繁瑣、算法本身的參數(shù)難以確定等問題。尤其對(duì)于分?jǐn)?shù)階PID控制器，由于多了兩個(gè)可調(diào)參數(shù)，因此會(huì)導(dǎo)致其參數(shù)整定過程中參數(shù)尋優(yōu)的過程的變長(zhǎng)且難度加大，進(jìn)而加大了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，控制系統(tǒng)的精度與實(shí)時(shí)性受到影響。因此，選擇合適的分?jǐn)?shù)階PID控制器參數(shù)整定方法對(duì)軸向混合磁軸承控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加快速、精密且穩(wěn)定的控制具有重要意義。
[0004]魚群算法是一種基于動(dòng)物行為的智能優(yōu)化方法，對(duì)尋優(yōu)空間的形式和性質(zhì)沒有特殊要求，只需要對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)劣的比較，具備分布并行的尋優(yōu)能力，對(duì)初值不敏感，因此具有較好的全局尋優(yōu)能力，且尋優(yōu)速度較快。因此，如果將魚群算法的思想應(yīng)用于分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)尋優(yōu)中，即形成魚群算法分`數(shù)階PID控制器。利用魚群算法的全局搜索特性來優(yōu)化分?jǐn)?shù)階PID控制器的五個(gè)控制參數(shù)，即比例系數(shù)&、積分系數(shù)尤、微分系數(shù)1、微分階次系數(shù)』和積分階次系數(shù)U，就能夠在眾多局部最優(yōu)值的復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)時(shí)，以較高的概率較好的收斂于全局最優(yōu)解，并且更簡(jiǎn)潔，實(shí)現(xiàn)容易，需要調(diào)整的參數(shù)少，相比于其他PID參數(shù)整定方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，針對(duì)軸向混合磁軸承的控制系統(tǒng)，采用魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的設(shè)計(jì)還未有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有軸向混合磁軸承系統(tǒng)常用的PID控制器控制性能的不足而提供一種采用魚群算法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法，即構(gòu)造魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器，所構(gòu)造的該魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器可使得軸向混合磁軸承的控制系統(tǒng)具有更好的魯棒性、抗干擾性、適應(yīng)性和更好的控制精度。[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用以下步驟:
O將軸向混合磁軸承的軸向位移信號(hào)Z與給定的軸向位移參考位置信號(hào)比較得到位移偏差信號(hào)^將位移偏差信號(hào)e輸入至控制律是
【權(quán)利要求】
1.一種軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法，其特征是采用以下步驟: O將軸向混合磁軸承的軸向位移信號(hào)Z與給定的軸向位移參考位置信號(hào)比較得到位移偏差信號(hào)^將位移偏差信號(hào)e輸入至控制律是
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法，其特征是:步驟6)中，所述覓食是:在視野中搜索人工魚的一個(gè)狀態(tài)，如果該狀態(tài)優(yōu)于目前狀態(tài)，則向該方向前進(jìn)一步，否則，隨機(jī)移動(dòng)一步；所述聚群是:在其視野中搜索伙伴；所述追尾是:設(shè)人工魚當(dāng)前狀態(tài)為尤、整個(gè)人工魚群的最優(yōu)位置狀態(tài)為石、如果滿足公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向混合磁軸承魚群算法分?jǐn)?shù)階PID控制器的構(gòu)造方法，其特征是:步驟2)中，第i條人工魚個(gè)體的狀態(tài)變量
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103513574SQ201310161974
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月6日
【發(fā)明者】朱熀秋, 張維煜, 鞠金濤, 金婕, 李媛媛, 趙俊峰 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)