[發(fā)明專利]基于Smith模型和單神經(jīng)元PID的時滯轉(zhuǎn)子主動平衡控制系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810074585.X
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108267970B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 徐娟;趙陽;黃經(jīng)坤;徐興鑫;張利
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于Smith模型和單神經(jīng)元PID的時滯轉(zhuǎn)子主動平衡控制系統(tǒng)，是應用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，其特征是，所述時滯轉(zhuǎn)子主動平衡控制系統(tǒng)包括：平衡頭、振動傳感器、Smith預估器、單神經(jīng)元PID控制器和處理器；

所述振動傳感器在采樣時刻k獲得所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動信號y(k)并傳遞給所述處理器；所述處理器在采樣時刻k接收所述Smith預估器的輸出信號x(k)并與所述振動信號y(k)進行比較得到差值e_m(k)；

所述處理器在采樣時刻k將所述差值e_m(k)與設定的預期振動量r進行比較，得到差值r_m(k)；

所述處理器在采樣時刻k接收所述Smith預估器不含時滯的輸出信號x_m(k)并與差值r_m(k)進行比較，得到振幅差值e(k)；

所述處理器將所述振幅差值e(k)輸入所述單神經(jīng)元PID控制器中；

所述單神經(jīng)元PID控制器對所述振幅差值e(k)進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理，得到三個輸入信號x_i(k)，i＝1,2,3，再根據(jù)所述三個輸入信號x_i(k)，利用學習規(guī)則得到三個權值W_i(k)，從而根據(jù)所述三個輸入信號x_i(k)和三個權值W_i(k)的平均值得到輸出步長u(k)；

所述處理器根據(jù)所述輸出步長u(k)對所述平衡頭進行控制，從而利用所述平衡頭實現(xiàn)時滯轉(zhuǎn)子的主動平衡控制。

2.一種基于Smith模型和單神經(jīng)元PID的時滯轉(zhuǎn)子主動平衡控制方法，是應用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、根據(jù)所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學模型，利用式(1)建立Smith預估模型G_m(s)：

式(1)中，m表示轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，k^*表示轉(zhuǎn)子的彎曲剛度，c表示轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù)，s表示傳遞函數(shù)的復變量；

步驟2、在采樣時刻k將所述Smith預估模型G_m(s)的輸出信號x_m(k)經(jīng)過延時處理，得到延時輸出信號x(k)；

步驟3、利用振動傳感器在采樣時刻k獲得所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動信號y(k)，并與所述延時輸出信號x(k)進行比較得到模型差值e_m(k)；

步驟4、在采樣時刻k將模型差值e_m(k)與設定的預期振動量r進行比較，得到差值r_m(k)；

步驟5、在采樣時刻k將所述Smith預估器的輸出信號x_m(k)與所述差值r_m(k)進行比較，得到振幅差值e(k)；

步驟6、利用式(2)獲得單神經(jīng)元PID在采樣時刻k的輸入信號x_i(k)，i＝1,2,3：

式(2)中，當k＝1時，e(k-1)和e(k-2)均為0；當k＝2時，e(k-2)為0；

步驟7、利用式(3)獲得所述輸入信號x_i(k)的權值W_i(k)：

W_i(k)＝W_i(k-1)+η_ie(k-1)u(k-1)x_i(k-1) (3)

式(3)中，η_i表示第i個輸入信號的學習效率；u(k)表示在采樣時刻k的控制步長，當k＝1時，W_i(k-1)為初始給定的權值，u(k-1)＝0；

步驟8、利用式(4)得到平均權值

步驟7、利用式(5)得到在采樣時刻k的控制步長u(k)：

步驟8、利用所述控制步長u(k)對所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行主動平衡控制，得到所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在采樣時刻k的實際振動量y(k)；

步驟9、將所述實際振動量y(k)與設定的預期振動值r進行比較，若y(k)＞r，則執(zhí)行步驟10；否則，結束主動平衡控制；

步驟10、將k+1賦值給k，并返回步驟2執(zhí)行。