基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磁軸承系統(tǒng)辨識和控制研究.pdf

1、主動磁軸承(AMB，以下簡稱磁軸承)是一種新型高性能軸承，它是由轉(zhuǎn)子、軸承及位置控制器構(gòu)成的機電一體化系統(tǒng)，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑及壽命長等一系列優(yōu)點，被公認(rèn)為是極有前途的新型軸承。在磁軸承系統(tǒng)的研究中，控制器的設(shè)計是其中至關(guān)重要的一環(huán)，控制器性能的好壞直接影響到轉(zhuǎn)子的動態(tài)性能和控制精度，直接關(guān)系到磁軸承技術(shù)能否成功應(yīng)用于實踐。 目前，國內(nèi)外對磁軸承系統(tǒng)的控制多采用線性控制理論，采用的數(shù)學(xué)模型也是經(jīng)過了近似和線性化后得到的

2、模型。然而，由于磁軸承具有本質(zhì)不穩(wěn)定性、非線性和參數(shù)不確定性，如果把它近似成為一個線性模型，當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離平衡位置較遠(yuǎn)時，線性化模型將無法體現(xiàn)實際系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，也無法滿足更高的控制精度的要求。本文試圖采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)手段直接對磁軸承非線性特性進(jìn)行建模，并尋求基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的控制方法對磁軸承非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)，逐漸成為處理非線性系統(tǒng)的重要工具，在系統(tǒng)辨識和控制領(lǐng)域中越來越受到重視

3、。本論文嘗試在磁軸承轉(zhuǎn)子的機理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本理論，設(shè)計一種反映磁軸承動態(tài)特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為它的數(shù)學(xué)模型，對實際的磁軸承非線性特性進(jìn)行建模。仿真結(jié)果表明本論文中設(shè)計的改進(jìn)的Elman網(wǎng)絡(luò)能在誤差允許范圍之內(nèi)擬合系統(tǒng)的輸入輸出特性，并且比BP網(wǎng)絡(luò)和。Elman網(wǎng)絡(luò)更適用于模擬實際的磁軸承模型。為磁軸承非線性特性的建模探索了一種新方法。 在自動控制領(lǐng)域，PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于它具有算法簡單、可靠性

4、高等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。但實踐證明，傳統(tǒng)的PID控制器對于非線性、時滯、時變系統(tǒng)，難以達(dá)到令人滿意的性能指標(biāo)。如果要考慮在實際系統(tǒng)中得到更好的控制效果，這時就需要采用更為先進(jìn)的算法設(shè)計PID控制器。本文在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，討論和分析了基于BP算法的PID控制器以及遺傳算法整定的PID控制器。利用Matlab對這幾種控制方法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，遺傳算法整定的PID控制器可以取得比傳統(tǒng)PID控制器及基于BP網(wǎng)絡(luò)的PID控制器