[發明專利]基于神經網絡二維伺服閥步進式電-機械轉換器的控制方法

在審

• 申請號: 201910043420.0
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109739080A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 李勝;孫沖沖;黃鐵隆
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

本發明公開了一種基于神經網絡的二維伺服閥步進式電?機械轉換器的控制方法。所述方法包括以下步驟：對步進電機采用電流同步控制的方法；位置閉環采用改進型單神經元自適應PID算法并加前饋補償得到理論磁場角位移信號；對理論磁場角位移信號加以限定以保證失調角在半個齒距角范圍內；將理論磁場角位移信號分解為各相理論電流信號；電流閉環采用單神經元自適應PID算法，輸出兩個繞組的PWM信號；PWM信號控制驅動電路產生各相繞組的電流信號，變化的電流信號形成旋轉磁場控制步進電機轉子的運動。本發明能保證電機轉子角位移可以在任意位置精確快速定位，具有較好的抗干擾性和自適應能力。

技術領域

本發明涉及機電控制領域，特別是涉及一種基于神經網絡二維伺服閥步進式電-機械轉換器的控制方法。

背景技術

二維伺服閥是浙江工業大學阮健等在2002年提出的一種新型結構伺服閥，相對其他伺服閥具有功率重量比高、結構簡單、零位泄露小、抗污染能力強和動態性能好等優點。二維伺服閥已經在許多工作場合得到應用，比如飛機液壓剎車系統、舵機液壓系統、電液疲勞試驗機的激振器系統、液壓彈射機構等。二維伺服閥將步進電機作為電-機械轉換器，在對二維伺服閥進行控制時步進電機將輸入的位移信號通過傳動機構作用于閥芯，從而控制閥芯的運動。步進電機的靜動態特性對二維伺服閥的性能起著關鍵的作用。

現有技術中，對二維伺服閥步進式電-機械轉換器的控制常采用閉環控制，閉環控制環節采用常規PID算法，常規PID算法雖然結構簡單，易于實現，但仍然存在一定的局限性，主要原因就是PID參數整定的問題，一旦參數整定好之后，在整個控制過程中參數是不變的。但是，二維伺服閥在實際控制過程中，由于系統會受到壓力等的擾動引起參數變化，用不變的PID參數就很難達到最佳的控制效果。

神經網絡控制是20世紀80年代末期發展起來的自動控制領域的前沿學科之一，它為解決復雜的非線性、不確定、不確知系統的控制問題開辟了新途徑。由具有自學習和自適應能力的單神經元構成的單神經元自適應智能PID控制器，不但結構簡單，而且能適應環境變化，有較強的魯棒性。

發明內容

基于此，為了克服常規PID算法在二維伺服閥步進式電-機械轉換器控制中所具有的參數整定困難、抗干擾性差以及對不同工況的適應性差的問題，本發明提出一種基于神經網絡二維伺服閥步進式電-機械轉換器的控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于神經網絡二維伺服閥步進式電-機械轉換器的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

(1)、采集輸入信號θ_i(t)和轉子實際角位移信號θ(t)，計算偏差信號e；

(2)、構建單神經元PID控制器，單神經元PID控制器是將PID控制規律融入神經網絡的一種新型控制器，通過對加權系數的調整來實現自適應、自組織功能，控制器的輸出u(k)的表達式為：

式中：x_i(k)—控制器輸入信號，w′_i(k)—權值系數，K—比例系數，k—采樣序號，x_i(k)的表達式為：

權值系數w′_i(k)的調整是按有監督的Hebb學習規則實現的，其表達式為：

式中：η_P、η_I、η_D—學習速率；

比例系數K是按一種非線性的變速控制進行調節，K值根據輸入誤差的絕對值自動調整，其表達式為：