轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶pid控制器的构造方法
【专利摘要】本发明公开一种轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，先将轴向混合磁轴承的轴向位移信号与给定轴向位移参考位置信号比较得到位移偏差信号再输入至常规分数阶PID控制器；然后设定鱼群规模、视野范围、移动步长、拥挤度因子、最多尝试次数、最大迭代次数；每条人工鱼的状态包括比例、积分、微分系数以及微分阶次系数、积分阶次系；计算初始鱼群、当前时刻人工鱼食物浓度、鱼群视野和步长；每条人工鱼执行觅食、聚群、追尾运算以更新自己的位置，最后输出最优参数；本发明结合鱼群算法和分数阶PID控制器的优点，根据系统设定的性能指标实时优化控制器参数，使系统具有更加良好的静态和动态稳定性，增强系统的自适应能力。
【专利说明】轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于控制【技术领域】，具体涉及一种非机械接触磁悬浮轴承(磁轴承)的控制系统及控制方法设计。
【背景技术】
[0002]轴向混合磁轴承是一种由控制线圈产生控制磁通、由永磁体产生偏置磁通、从而使转子悬浮于空间的磁轴承，具有悬浮力可控、精度高、刚度可调、功耗低、成本低、空间散热性好等优点。目前，轴向混合磁轴承的控制系统多采用经典的整数阶PID控制器对其进行控制，但该方法过分依赖控制对象的模型参数，鲁棒性较差，对于轴向混合磁轴承控制系统这类复杂且极需精密的控制系统，单纯采用整数阶PID控制器，很难满足系统精密控制的要求。区别于传统经典的整数阶PID控制器是在比例系数&、积分系数尤、微分系数&这三个参数的基础上又引入了微分阶次系数』和积分阶次系数#的分数阶PID控制器，由于分数阶PID控制器多了两个可调参数，可使其参数的整定范围变大，能够实现更灵活地控制。
[0003]PID控制器的控制性能与其控制器参数整定(参数设置与寻优)直接相关，采用常规的PID参数整定方法难以找到优化参数，且容易产生振荡和超调，很难达到较好的控制效果。而一些智能整定方法虽然能找到优化解，但是存在算法比较繁琐、算法本身的参数难以确定等问题。尤其对于分数阶PID控制器，由于多了两个可调参数，因此会导致其参数整定过程中参数寻优的过程的变长且难度加大，进而加大了控制系统的复杂性，控制系统的精度与实时性受到影响。因此，选择合适的分数阶PID控制器参数整定方法对轴向混合磁轴承控制系统实现更加快速、精密且稳定的控制具有重要意义。
[0004]鱼群算法是一种基于动物行为的智能优化方法，对寻优空间的形式和性质没有特殊要求，只需要对问题进行优劣的比较，具备分布并行的寻优能力，对初值不敏感，因此具有较好的全局寻优能力，且寻优速度较快。因此，如果将鱼群算法的思想应用于分数阶PID控制器的参数寻优中，即形成鱼群算法分`数阶PID控制器。利用鱼群算法的全局搜索特性来优化分数阶PID控制器的五个控制参数，即比例系数&、积分系数尤、微分系数1、微分阶次系数』和积分阶次系数U，就能够在众多局部最优值的复杂函数进行寻优时，以较高的概率较好的收敛于全局最优解，并且更简洁，实现容易，需要调整的参数少，相比于其他PID参数整定方法具有明显的优势。查阅国内外文献，针对轴向混合磁轴承的控制系统，采用鱼群算法分数阶PID控制器的设计还未有报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为克服现有轴向混合磁轴承系统常用的PID控制器控制性能的不足而提供一种采用鱼群算法对控制器参数进行优化的分数阶PID控制器的构造方法，即构造鱼群算法分数阶PID控制器，所构造的该鱼群算法分数阶PID控制器可使得轴向混合磁轴承的控制系统具有更好的鲁棒性、抗干扰性、适应性和更好的控制精度。[0006]本发明采用的技术方案是采用以下步骤:
O将轴向混合磁轴承的轴向位移信号Z与给定的轴向位移参考位置信号比较得到位移偏差信号^将位移偏差信号e输入至控制律是
【权利要求】
1.一种轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，其特征是采用以下步骤: O将轴向混合磁轴承的轴向位移信号Z与给定的轴向位移参考位置信号比较得到位移偏差信号^将位移偏差信号e输入至控制律是
2.根据权利要求1所述的轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，其特征是:步骤6)中，所述觅食是:在视野中搜索人工鱼的一个状态，如果该状态优于目前状态，则向该方向前进一步，否则，随机移动一步；所述聚群是:在其视野中搜索伙伴；所述追尾是:设人工鱼当前状态为尤、整个人工鱼群的最优位置状态为石、如果满足公式
3.根据权利要求1所述的轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，其特征是:步骤2)中，第i条人工鱼个体的状态变量
【文档编号】G05B13/04GK103513574SQ201310161974
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】朱熀秋, 张维煜, 鞠金涛, 金婕, 李媛媛, 赵俊峰 申请人:江苏大学