[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)遺傳算法的磁懸浮軸承魯棒控制器構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810029714.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108345215B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍繼浩;張舒月;商晉;潘薇;呂翠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發(fā)明屬于電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及魯棒控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多目標(biāo)遺傳算法的磁懸浮軸承魯棒控制器構(gòu)造方法，通過(guò)總結(jié)出魯棒控制器權(quán)矩陣函數(shù)的通用公式并對(duì)權(quán)函數(shù)參數(shù)進(jìn)行范圍限定；給出手動(dòng)調(diào)節(jié)權(quán)參數(shù)的調(diào)節(jié)方向，解決了初學(xué)者選擇魯棒控制器權(quán)函數(shù)的盲目性。本發(fā)明進(jìn)一步采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)權(quán)函數(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)計(jì)者能根據(jù)實(shí)際需要在閉環(huán)響應(yīng)性能和控制信號(hào)之間進(jìn)行折衷，從而得到這兩個(gè)目標(biāo)下的最優(yōu)魯棒H∞控制器。本發(fā)明可以讓使用者無(wú)需掌握過(guò)多的專業(yè)知識(shí)，輕松合理構(gòu)造出適用于軸向(單自由度)的磁懸浮軸承系統(tǒng)的魯棒H∞控制器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及魯棒控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多目標(biāo)遺傳算法的磁懸浮軸承魯棒控制器構(gòu)造方法。

背景技術(shù)

冷壓縮機(jī)作為超流氦低溫制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，用于在低溫負(fù)壓下對(duì)飽和液氦槽進(jìn)行抽氣減壓以獲取超流氦。目前由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所自主研制的離心式冷壓縮機(jī)，其轉(zhuǎn)速高達(dá)60000rpm，這對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的支撐部件提出較高要求。磁懸浮軸承通過(guò)產(chǎn)生電磁力使轉(zhuǎn)子懸浮于空間，實(shí)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子之間無(wú)接觸且軸承剛度、阻尼的可調(diào)節(jié)。磁懸浮軸承系統(tǒng)具有零摩擦，高轉(zhuǎn)速，壽命長(zhǎng)，無(wú)潤(rùn)滑油污染，能工作在負(fù)壓等極端環(huán)境下等優(yōu)點(diǎn)，被視為冷壓縮機(jī)支撐部件的最佳選擇。

控制器是決定磁懸浮軸承能否穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。但由于實(shí)際物體在加工裝配時(shí)難免存在偏差，而且由于高轉(zhuǎn)速造成磁懸浮軸承不同自由度之間的慣性耦合和陀螺耦合嚴(yán)重，造成實(shí)際被控對(duì)象和標(biāo)稱對(duì)象之間存在諸多不確定性。傳統(tǒng)控制策略，比如PID，需要依賴于被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，并且往往只能用于單自由度的控制，使得對(duì)多自由度磁懸浮軸承的控制效果難以取得較好的效果。魯棒控制的思想是在存在模型不確定性的情況下，設(shè)計(jì)出的控制器仍能滿足閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。然而構(gòu)造魯棒H∞控制器的技術(shù)難題在于權(quán)函數(shù)的選擇。

關(guān)于如何選擇合適的魯棒控制器的權(quán)函數(shù)，現(xiàn)有的技術(shù)主要分為兩種，第一種常用的方法是基于三個(gè)權(quán)函數(shù)的一些定性特性，工程師們反復(fù)試湊迭代，這種方法需要大量經(jīng)驗(yàn)，尤其對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。第二種比較新進(jìn)的技術(shù)是基于啟發(fā)式算法對(duì)權(quán)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，但是目前的技術(shù)都是采用單個(gè)適應(yīng)度函數(shù)，這樣只能得到某個(gè)目標(biāo)，比如跟蹤性能下的魯棒控制器。問(wèn)題是對(duì)于磁懸浮軸承來(lái)說(shuō)，不僅需要閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)性能好，也需要控制信號(hào)小，就是說(shuō)磁懸浮軸承的輸入電流不能太大。因?yàn)榇艖腋≥S承本身是非線性的，如果控制信號(hào)大，會(huì)使電流超過(guò)磁滯回路的線性化范圍，造成磁場(chǎng)飽和，控制失效的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種基于多目標(biāo)遺傳算法的磁懸浮軸承魯棒控制器構(gòu)造方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種基于多目標(biāo)遺傳算法的磁懸浮軸承魯棒控制器構(gòu)造方法，包括如下步驟：

S1、總結(jié)出權(quán)函數(shù)的通用公式；

S2、根據(jù)權(quán)函數(shù)和磁懸浮軸承控制系統(tǒng)之間的物理聯(lián)系對(duì)權(quán)函數(shù)參數(shù)進(jìn)行范圍限定；

S3、基于權(quán)函數(shù)通用公式和搜索域，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)魯棒控制器權(quán)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；

S4、根據(jù)優(yōu)化后的權(quán)函數(shù)參數(shù)，輸出控制器。

進(jìn)一步的，步驟S1中所述權(quán)函數(shù)通用公式為：

其中，s為拉普拉斯變換算子，W₁為靈敏度函數(shù)權(quán)函數(shù)；W₂為線性權(quán)函數(shù)；W₃為補(bǔ)靈敏度權(quán)函數(shù)；τ₁,θ₁,μ₁,τ₂,τ₃,θ₃,μ₃為權(quán)參數(shù)。