[發明專利]一種磁懸浮飛輪電機模糊PID控制優化方法

有效

• 申請號: 202110433473.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113009834B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 朱志瑩;徐浩然;朱海浪;張懿濤;董力;錢棟樑
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 劉菊蘭

1.一種磁懸浮飛輪電機模糊PID控制優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、設置模糊PID控制器的輸入變量和輸出變量：根據磁懸浮飛輪電機的控制模型，針對模糊PID控制器，確定輸入變量、輸出變量及相應的變化范圍；其中輸入變量包括轉子位移實際值與給定值的偏差e和轉子位移實際值與給定值偏差的變化率ec，輸出變量包括PID控制器中比例參數P的修正量ΔK_p、PID控制器中積分參數I的修正量ΔK_i和PID控制器中微分參數D的修正量ΔK_d；

S2、設計模糊規則的初始參數：設計模糊規則的初始參數，包括模糊論域、隸屬度函數和模糊推理方法，其中，模糊論域中包括輸入變量e模糊論域的伸縮因子α_e和輸入變量ec模糊論域的伸縮因子α_ec，其中α_e和α_ec均為伸縮因子參數τ的函數；

S3、通過模糊推理獲取輸出量：根據步驟S2中的伸縮因子α_e和α_ec調整模糊論域的大小，通過模糊推理將輸入變量e和ec模糊化，經過解模糊處理后，獲取輸出量，即PID控制器中修正量ΔK_p、修正量ΔK_i和修正量ΔK_d；將所述輸出量輸入至磁懸浮飛輪電機的控制模型中進行轉子的位移和轉速調節；

S4、將輸出的位移和轉速處理為伸縮因子參數τ的函數：根據輸出位移和轉速設置權重，并將輸出的位移和轉速處理為伸縮因子參數τ的函數；

S5、更新伸縮因子參數τ：獲取當前時刻和上一時刻中位移和轉速讀值，通過梯度下降公式更新伸縮因子參數τ，并返回步驟S2；

所述步驟S1中輸入變量e和ec的計算公式為：

e＝x-x^*

其中，x^*為轉子位移給定值，x為轉子位移實際值；

所述步驟S1中輸入變量、輸出變量相應的變化范圍為：輸入變量e的變化范圍為[-3，3]，輸入變量ec變化范圍設置為[-300，300]，模糊論域范圍設置為[-6，6]；輸出變量ΔK_p變化范圍設為[-6，6]，ΔK_i變化范圍設為[-6，6]，ΔK_d變化范圍設為[-6，6]，輸出變量的模糊論域統一設定為[-6，6]；

所述步驟S2中輸入變量e模糊論域的伸縮因子α_e和輸入變量ec模糊論域的伸縮因子α_ec的函數表達式為：

其中，E為輸入變量e變化范圍的邊界值；EC表示輸入變量ec變化范圍的邊界值；τ表示伸縮因子參數，x為轉子位移實際值；

所述步驟S4中將輸出的位移和轉速處理為伸縮因子參數τ的函數，其計算公式為：

F(τ)＝λ₁X+λ₂N

λ₁+λ₂＝1

其中，X為輸出的位移讀值，N為輸出的轉速讀值，λ₁為位移權重，λ₂為轉速權重；

所述步驟S5中梯度下降公式為：

其中，θ_k為第k步的變量值，θ_k+1為第k+1步的變量值，α表示學習率，J是關于θ的一個函數；

所述步驟S5中通過梯度下降公式更新伸縮因子參數τ，其計算公式為：

其中，F(τ_k)為當前時刻輸出的位移和轉速處理結果，F(τ_k-1)為上一時刻輸出的位移和轉速處理結果，τ_k為當前時刻伸縮因子參數，α為學習率，Δτ為參數τ的步長。