軸向混合磁軸承魚群算法分數階pid控制器的構造方法
2023-05-13 03:03:16
軸向混合磁軸承魚群算法分數階pid控制器的構造方法
【專利摘要】本發明公開一種軸向混合磁軸承魚群算法分數階PID控制器的構造方法，先將軸向混合磁軸承的軸向位移信號與給定軸向位移參考位置信號比較得到位移偏差信號再輸入至常規分數階PID控制器；然後設定魚群規模、視野範圍、移動步長、擁擠度因子、最多嘗試次數、最大迭代次數；每條人工魚的狀態包括比例、積分、微分係數以及微分階次係數、積分階次系；計算初始魚群、當前時刻人工魚食物濃度、魚群視野和步長；每條人工魚執行覓食、聚群、追尾運算以更新自己的位置，最後輸出最優參數；本發明結合魚群算法和分數階PID控制器的優點，根據系統設定的性能指標實時優化控制器參數，使系統具有更加良好的靜態和動態穩定性，增強系統的自適應能力。
【專利說明】軸向混合磁軸承魚群算法分數階PID控制器的構造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於控制【技術領域】，具體涉及一種非機械接觸磁懸浮軸承(磁軸承)的控制系統及控制方法設計。
【背景技術】
[0002]軸向混合磁軸承是一種由控制線圈產生控制磁通、由永磁體產生偏置磁通、從而使轉子懸浮於空間的磁軸承，具有懸浮力可控、精度高、剛度可調、功耗低、成本低、空間散熱性好等優點。目前，軸向混合磁軸承的控制系統多採用經典的整數階PID控制器對其進行控制，但該方法過分依賴控制對象的模型參數，魯棒性較差，對於軸向混合磁軸承控制系統這類複雜且極需精密的控制系統，單純採用整數階PID控制器，很難滿足系統精密控制的要求。區別於傳統經典的整數階PID控制器是在比例係數&、積分係數尤、微分係數&這三個參數的基礎上又引入了微分階次係數』和積分階次係數#的分數階PID控制器，由於分數階PID控制器多了兩個可調參數，可使其參數的整定範圍變大，能夠實現更靈活地控制。
[0003]PID控制器的控制性能與其控制器參數整定(參數設置與尋優)直接相關，採用常規的PID參數整定方法難以找到優化參數，且容易產生振蕩和超調，很難達到較好的控制效果。而一些智能整定方法雖然能找到優化解，但是存在算法比較繁瑣、算法本身的參數難以確定等問題。尤其對於分數階PID控制器，由於多了兩個可調參數，因此會導致其參數整定過程中參數尋優的過程的變長且難度加大，進而加大了控制系統的複雜性，控制系統的精度與實時性受到影響。因此，選擇合適的分數階PID控制器參數整定方法對軸向混合磁軸承控制系統實現更加快速、精密且穩定的控制具有重要意義。
[0004]魚群算法是一種基於動物行為的智能優化方法，對尋優空間的形式和性質沒有特殊要求，只需要對問題進行優劣的比較，具備分布並行的尋優能力，對初值不敏感，因此具有較好的全局尋優能力，且尋優速度較快。因此，如果將魚群算法的思想應用於分數階PID控制器的參數尋優中，即形成魚群算法分`數階PID控制器。利用魚群算法的全局搜索特性來優化分數階PID控制器的五個控制參數，即比例係數&、積分係數尤、微分係數1、微分階次係數』和積分階次係數U，就能夠在眾多局部最優值的複雜函數進行尋優時，以較高的概率較好的收斂於全局最優解，並且更簡潔，實現容易，需要調整的參數少，相比於其他PID參數整定方法具有明顯的優勢。查閱國內外文獻，針對軸向混合磁軸承的控制系統，採用魚群算法分數階PID控制器的設計還未有報導。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為克服現有軸向混合磁軸承系統常用的PID控制器控制性能的不足而提供一種採用魚群算法對控制器參數進行優化的分數階PID控制器的構造方法，即構造魚群算法分數階PID控制器，所構造的該魚群算法分數階PID控制器可使得軸向混合磁軸承的控制系統具有更好的魯棒性、抗幹擾性、適應性和更好的控制精度。[0006]本發明採用的技術方案是採用以下步驟:
O將軸向混合磁軸承的軸向位移信號Z與給定的軸向位移參考位置信號比較得到位移偏差信號^將位移偏差信號e輸入至控制律是
【權利要求】
1.一種軸向混合磁軸承魚群算法分數階PID控制器的構造方法，其特徵是採用以下步驟: O將軸向混合磁軸承的軸向位移信號Z與給定的軸向位移參考位置信號比較得到位移偏差信號^將位移偏差信號e輸入至控制律是
2.根據權利要求1所述的軸向混合磁軸承魚群算法分數階PID控制器的構造方法，其特徵是:步驟6)中，所述覓食是:在視野中搜索人工魚的一個狀態，如果該狀態優於目前狀態，則向該方向前進一步，否則，隨機移動一步；所述聚群是:在其視野中搜索夥伴；所述追尾是:設人工魚當前狀態為尤、整個人工魚群的最優位置狀態為石、如果滿足公式
3.根據權利要求1所述的軸向混合磁軸承魚群算法分數階PID控制器的構造方法，其特徵是:步驟2)中，第i條人工魚個體的狀態變量
【文檔編號】G05B13/04GK103513574SQ201310161974
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2013年5月6日
【發明者】朱熀秋, 張維煜, 鞠金濤, 金婕, 李媛媛, 趙俊峰 申請人:江蘇大學