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专利号: 2022114397711
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-07-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其与包含有五自由度主动磁悬浮电主轴的复合被控对象(4)相连接,复合被控对象(4)输出转子的实际径向、轴向位移与对应的一个径向、轴向期望位移分别对应作差,差值分别作为对应的一个径向、轴向位置控制器的输入,得到对应的径向、轴向控制位移,其特征是:每个径向、轴向控制位移作为相对应的一个遗传粒子群优化的自抗扰径向、轴向解耦控制器的输入,经解耦控制得到径向、轴向等效控制电流期望值,作为复合被控对象(4)的输入;

每个遗传粒子群优化的自抗扰径向、轴向解耦控制器均由跟踪微分器(611)、非线性状态误差反馈控制规律(612)、RBF神经网络(613)、非线性扩张状态观测器(614)、遗传粒子群算法模块(615)和第一补偿因子(616)、第二补偿因子(617)组成;

一个径向、轴向控制位移作为相应的跟踪微分器(611)的输入,跟踪微分器(611)输出误差跟踪信号及其一阶微分信号,误差跟踪信号与估计值z1作差的差值、一阶微分信号与估计值z2作差的差值以及RBF神经网络(613)输出的两个可调参数β1、β2共同作为非线性状态误差反馈控制规律(612)的输入,非线性状态误差反馈控制规律(612)输出为控制量u0;

RBF神经网络(613)的输入为复合被控对象(4)单自由度径向、轴向实际位移和相应的径向、轴向位置控制器输出的位移;

遗传粒子群算法模块(615)的输入为所述的估计值z1、z2,输出为扰动值fx,扰动值fx与扰动观测值z3相加之和经过第一补偿因子(616)的补偿得到第一补偿控制量u1,第一补偿控制量u1与控制量u0相减得到相应的径向、轴向等效控制电流期望值,单自由度的径向、轴向等效控制电流期望值经过第二补偿因子(617)的补偿得到第二补偿控制量u;

非线性扩张状态观测器(614)将单自由度的实际径向、轴向位移以及第二补偿控制量u与扰动值fx相加之和共同作为输入,输出为所述的估计值z1、z2和扰动观测值z3。

2.根据权利要求1所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:所述的控制量u0=β1fal[e1,α4,δ1]+β2fal[e2,α5,δ1],非线性函数α4、α5、δ1为

可调参数,α4≤α5,α4为0.5,α5为0.75,δ1=0.001。

3.根据权利要求1所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:RBF神经网络(613)采用输入层、隐含层和输出层三层神经网络结构,两个可调参数β1=w11Y1+w21Y2+w31Y3+w41Y4,β2=w12Y1+w22Y2+w32Y3+w42Y4,Yj为隐含层第j个神经元,wjq为Yj连接β1、β2对应的权重,j=1,2,3,4,q=1,2;

从输入层到隐含层之间的非线性映射采用径向基函数中的高斯核函数xi为输入层的输入,cij为第j个隐含层神经元

连接x1、 对应的核函数中心,e为常数,σj为核函数的宽度。

4.根据权利要求3所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:核函数中心

核函数宽度

cij(t‑3)、σj(t‑3)分别为中心cij、宽度σj在t‑3时刻的值,α、β为动量因子,0<α<1,0<β<1。

5.根据权利要求4所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:针对单自由度径向位移x1,隐含层第j个神经元Yj分别为:

6.根据权利要求5所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:所述的权重

wjq(t‑3)为权重wjq在t‑3时刻的值。

7.根据权利要求1所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:遗传粒子群算法模块(615)对估计值z1、z2进行优化,赋值个体学习因子n1和社会学习因子n2分别为: n11、n12分别为n1在迭代过程中取值的上下界;n21、n22分别为n2在迭代过程中取值的上下界,Nmax为最大迭代次数。

8.根据权利要求7所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:遗传粒子群算法的适应度函数 Pk为预测输出值,k=1,2,..,N,N为迭代次数。

9.根据权利要求8所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:遗传粒子群算法的粒子速度更新式为:

vk为第k个粒子的速度,ok

为第k个粒子的当前位置,r1、r2是介于(0,1)之间的随机数,ωstart为初始惯性权值,ωstart=0.9;ωend为最终惯性权值,ωend=0.4;0≤λ1≤1,0≤λ2≤1,λ1+λ2=1;pBest为粒子局部最优值,gBest为全局最优值。

10.根据权利要求9所述的五自由度主动磁悬浮电主轴遗传粒子群优化解耦控制系统,其特征是:非线性扩张状态观测器(614)的数学模型为:z1(t‑1)、z2(t‑1)、z3(t‑1)分别为估计值z1、z2、扰动观测值z3在t‑1时刻的值;x1(t‑1)为实际径向位移x1在t‑1时刻的值;

z1(t)、z2(t)、z3(t)分别为估计值z1、z2、扰动观测值z3在t时刻的值;β01、β02、β03、α1、α2、α3和δ2为可调参数,α1=0.75,α2=0.5,α3=0.25;δ2=0.01;β01=100,β02=60000;β03=1000000。