一種模糊pid控申公開

1、SooPAT一種模糊方法申請?zhí)枺?01410064332.6申請日：2014-02-25控制器的參數(shù)自整定申請(專利權(quán))人江蘇大學(xué)地址212013 江蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)學(xué)府路301號發(fā)明(設(shè)計)人張新華主分類號H02P25/08(2006.01)I分類號H02P25/08(2006.01)IH02P6/00(2006.01)I公開(公告)號103888044A公開(公告)日2014-06-25專利機(jī)構(gòu)人注：本頁藍(lán)色字體部分可點(diǎn)擊查詢相關(guān)專利(19)中民國家知識局(12)發(fā)明專利申請(10)申請(43)申請?zhí)?CN 103888044日 2014.06.25A(21)申請?zhí)?01410064332

2、.6(22)申請日2014.02.25(71)申請人江蘇大學(xué)地址 212013 江蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)學(xué)府路301 號(72)發(fā)明人張新華(51).Cl.H02P 25/08 (2006.01)H02P 6/00 (2006.01)1亥4亥2亥(54) 發(fā)明名稱一種模糊(57) 摘要控制器的參數(shù)自整定方法本發(fā)明公開一種模糊控制器的參數(shù)自整定方法，該方法具體為 ：根據(jù)控制系統(tǒng)的偏差、偏差變化率和控制中比例、微分、積分系數(shù)的基本論域與模糊論域，計算初始的量化因子數(shù)值組合，以各初始的量化因子數(shù)值為區(qū)間中心，合理選擇區(qū)間半徑得到各待尋優(yōu)的量化因子取值區(qū)間 ；在各取值區(qū)間內(nèi)均勻選取數(shù)值，得到不同的量化因子數(shù)

3、值組合，試驗(yàn)各量化因子數(shù)值組合下的控制系統(tǒng)的控制性能，以量化因子數(shù)值組合與對應(yīng)的控制性能數(shù)值為一個樣本數(shù)據(jù)，重復(fù)試驗(yàn)得到足夠多的樣本數(shù)據(jù)作為極限學(xué)習(xí)機(jī)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，離線訓(xùn)練控制系統(tǒng)模型 ；最后以帶精英策略的非支配排序遺傳算法對該系統(tǒng)離線模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到使控制性能多目標(biāo)最優(yōu)化的量化因子數(shù)值組合。CN 103888044 A權(quán)利要求書CN 103888044 A1/1 頁1. 一種模糊控制器的參數(shù)自整定方法，其特征在于包括如下步驟 ：根據(jù)控制系統(tǒng)中偏差信號、偏差變化率信號、比例參數(shù)、微分參數(shù)和積分參數(shù)的基本論域與模糊論域，分別計算得到量化因子 Ke、Kec、Kp、Kd、Ki 的具體數(shù)值，分別以該數(shù)

4、值作為各量化因子尋優(yōu)區(qū)間的中心點(diǎn)，適當(dāng)選擇區(qū)間半徑，形成五個量化因子尋優(yōu)區(qū)間 ；在五個量化因子尋優(yōu)區(qū)間內(nèi)均勻選擇數(shù)值，得到不同的量化因子數(shù)值組合，針對該量化因子數(shù)值組合進(jìn)行控制系統(tǒng)試驗(yàn)，得到該量化因子數(shù)值組合下系統(tǒng)的控制性能數(shù)值，將量化因子數(shù)值組合與該組合下的控制性能數(shù)值復(fù)一個樣本數(shù)據(jù)，不斷地改變量化因子數(shù)值組合，試驗(yàn)得到該量化因子數(shù)值組合下對應(yīng)的控制性能數(shù)值，得出樣本數(shù)據(jù)集合 ；將上一步得到的樣本數(shù)據(jù)集合作為極限學(xué)習(xí)機(jī)的控制系統(tǒng)模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以量化因子數(shù)值組合作為控制系統(tǒng)模型的輸入，對應(yīng)的控制性能數(shù)值作為控制系統(tǒng)模型的輸出，離線訓(xùn)練控制系統(tǒng)模型 ；離線訓(xùn)練得到控制系統(tǒng)模型后，以帶精英策略的非

5、支配排序遺傳算法對該控制系統(tǒng)模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到使控制性能多目標(biāo)最優(yōu)化的量化因子數(shù)值組合。22說明書CN 103888044 A1/4 頁一種模糊控制器的參數(shù)自整定方法技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體為單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)模糊的參數(shù)自整定方法?？刂葡到y(tǒng)背景技術(shù)0002 磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)將磁懸浮技術(shù)與開關(guān)磁阻電機(jī)相結(jié)合 , 在繼承一般磁懸浮電機(jī)無摩擦、無磨損、軸向空間利用率高、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速大等優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上 , 充分發(fā)揮了開關(guān)磁阻電機(jī)的高速優(yōu)越性以及對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性, 同時通過徑向力的主動控制, 有效改善了開關(guān)磁阻電機(jī)因不平衡磁拉力造成的振動和噪聲問題。目前大多數(shù)情況采用的是雙繞組

6、結(jié)構(gòu)的磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，其將用于產(chǎn)生徑向力的繞組和轉(zhuǎn)矩繞組一起疊繞在同一定子極上，使徑向力繞組不占用獨(dú)立的軸向空間。然而，雙繞組結(jié)構(gòu)中主繞組與懸浮繞組的強(qiáng)耦合性，使得電機(jī)在數(shù)學(xué)建模、控制算法方面更為復(fù)雜 ；額外的懸浮繞組加大了電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度 ；懸浮繞組的增加導(dǎo)致額外的功率放大器與相配套的電氣子系統(tǒng)，增加了控制電路設(shè)計復(fù)雜度。針對雙繞組結(jié)構(gòu)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的上述缺點(diǎn)國家航空航天局、德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)以及韓星大學(xué)相繼開展了單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)。0003單繞組磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的懸浮與旋轉(zhuǎn)控制中，由于電機(jī)本身的非線性、參數(shù)變化以及負(fù)載的彈性等非線性影響 , 傳統(tǒng)無法保證電機(jī)系統(tǒng)具有良好

7、的運(yùn)行性能 , 研究將模糊控制與相結(jié)合設(shè)計了諸如模糊 PI 控制器、模糊 PD 控制器、模糊控制器等多種結(jié)構(gòu)的控制器。模糊控制器的設(shè)計關(guān)鍵在于模糊規(guī)則、隸屬度函數(shù)、量化因子等, 其中模糊規(guī)則主要來源于經(jīng)驗(yàn), 隸屬度函數(shù)則通常采用一些具有廣泛適應(yīng)性的函數(shù), 只有量化因子是通過一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)性能分析進(jìn)行調(diào)整, 因此, 量化因子的設(shè)計對于模糊控制器?，F(xiàn)階段已經(jīng)關(guān)于模糊控制中量化因子自整定方法中，部分是將某一單一的控制性能作為優(yōu)化目標(biāo)，而選擇不同的性能指標(biāo)，會使控制器的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等也不同，在最優(yōu)控制器設(shè)計時，經(jīng)常需要考慮控制性能的多目標(biāo)優(yōu)化，而其中多控制性能指標(biāo)之間一直存在，如超調(diào)量與調(diào)節(jié)時間之間

8、的，超調(diào)量的減小勢必造成調(diào)節(jié)時間增大，反之亦然，針對多控制性能指標(biāo)之間的，已經(jīng)提出了一種將多控制性能代數(shù)和作為優(yōu)化目標(biāo)的方法，但該方法理論依據(jù)，難以證明尋優(yōu)得到的結(jié)果能使多控制性能整體最優(yōu)，針對以上缺陷，本專利提出了以帶精英策略的非支配排序遺傳算法（-dominated Sorting Genetic Algorrithms-2,NSGA-2）作為控制性能多目標(biāo)優(yōu)化方法，應(yīng)用于模糊控制量化因子的尋優(yōu)。發(fā)明內(nèi)容0004為了解決模糊控制中量化因子尋優(yōu)目標(biāo)多為單一目標(biāo)，本發(fā)明的目的控制器量化因子自整是將多目標(biāo)優(yōu)化問題引入模糊控制參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，提供一種模糊定的方法，使其具有多目標(biāo)優(yōu)化下的最優(yōu)量化因子組

9、合，實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程需求的綜合控制性能指標(biāo)最優(yōu)。33明CN 103888044 A2/4 頁0005本發(fā)明對組開機(jī)的控制系統(tǒng)具體為 ：模糊控制器控制器，復(fù)合模糊控制器，模糊控制器后組開機(jī)的器，器后組開機(jī) ；模糊控制器的控制系統(tǒng)偏差e，在模糊控制器內(nèi)偏差號 e 微分得到偏差變化率號 ec，偏差號 e 與量化因子 Ke 得到模糊論域下的E，偏差變化率號 ec 與量化因子 Kec 得到模糊論域下的 EC，E 與 EC 模糊控制，模糊控制模糊論域下的比例參數(shù) K1、微分參數(shù) K2、積分參數(shù) K3，比例參數(shù) K1、微分參數(shù) K2、積分參數(shù) K3 分與量化因子 Kp、Kd、Ki得到基本論域下的比例參數(shù) k1、

10、微分參數(shù) k2、積分參數(shù) k3，比例參數(shù) k1、微分參數(shù) k2、積分參數(shù) k3 控制器，以根據(jù)偏差號 e 到整參數(shù)個參數(shù) k1、k2、k3的作控制器控制量U 器，器對組開機(jī)進(jìn)行控制，組開機(jī)的控參數(shù)x 作后與參量xref 作差得到偏差號e，整的系統(tǒng)號。中，到的計算公 ：000600070008本發(fā)明具體下偸 ：1. 根據(jù)整個控制系統(tǒng)中偏差號、偏差變化率號、比例參數(shù)、微分參數(shù)、積分參數(shù)的基本論域與模糊論域，分計算得到量化因子 Ke、Kec、Kp、Kd、Ki 的具體數(shù)值，分以該數(shù)值作為各量化因子尋優(yōu)區(qū)間的中心，選擇區(qū)間半徑，個量化因子尋優(yōu)區(qū)間； 00092. 在個量化因子尋優(yōu)區(qū)間內(nèi)均勻選擇數(shù)值，得到

11、不同的量化因子數(shù)值組合，對該量化因子數(shù)值組合進(jìn)行控制系統(tǒng)試驗(yàn)，得到該量化因子數(shù)值組合下控制系統(tǒng)的控制性能數(shù)值，量化因子數(shù)值組合與該組合下的控制性能數(shù)值復(fù)合一個樣本數(shù)據(jù)，重復(fù)該作，得樣本數(shù)據(jù)合 ；00103. 一得到的樣本數(shù)據(jù)合作為極限學(xué)習(xí)機(jī)的控制系統(tǒng)模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)，該控制系統(tǒng)模型為量化因子數(shù)值組合，為對應(yīng)的控制性能數(shù)值 ；00114. 離線訓(xùn)練得到控制系統(tǒng)模型后，以帶精英策略的非支配排序遺傳算法對該控制系統(tǒng)模型進(jìn)行尋優(yōu)，得到使該控制系統(tǒng)控制性能多目標(biāo)最優(yōu)化的量化因子數(shù)值組合。00120013本發(fā)明的優(yōu)在 ：1、極限學(xué)習(xí)機(jī)對控制系統(tǒng)進(jìn)行離線模，為帶精英策略的非支配排序遺傳算法尋優(yōu)基。使的學(xué)習(xí)算法、

12、支量機(jī)，傳統(tǒng) BP 、RBF 要大量數(shù)據(jù)，支量機(jī)在能算法對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的模型精一，對以，本利選極限學(xué)習(xí)機(jī)作為控制系統(tǒng)的模方法 ；極限學(xué)習(xí)機(jī)作為一種作，學(xué)習(xí)，具“極”的，學(xué)習(xí)4明CN 103888044 A3/4 頁的數(shù)據(jù)傳統(tǒng)，同，比同樣樣本數(shù)據(jù)的支量機(jī)，的模型精得到的大的。00142、帶精英策略的非支配排序遺傳算法到模糊控制器參數(shù)自整定中，以一優(yōu)化目標(biāo)的限，為模糊參數(shù)自整定多目標(biāo)優(yōu)化的方法。00153、離線學(xué)習(xí)模型，能算法尋取最優(yōu)參數(shù)組合，為組開機(jī)與控制新路。明0016圖 1 模糊控制器 1 的內(nèi)圖 ；0017圖 2 模糊控制器 3 的內(nèi)圖 ；0018圖 3 化的組開機(jī)控制系統(tǒng)圖 ；0019圖

13、 4 組開機(jī)控制系統(tǒng)圖 ；0020圖中 ：1、模糊控制器，2、開機(jī)。控制器，3、模糊控制器，4、器，5、組0021本發(fā)明對組開機(jī)的控制系統(tǒng)圖 1 ，具體為 ：模糊控制器 1 控制器 2 ，復(fù)合模糊控制器 3，模糊控制器 3 后組開機(jī)的器 4，器 4 后組開機(jī) 5。圖 2 ，模糊控制器 1 的控制系統(tǒng)偏差號 e，在模糊控制器 1 內(nèi)偏差號 e微分得到偏差變化率號 ec，偏差號 e 與量化因子 Ke 得到模糊論域下的 E，偏差變化率號 ec 與量化因子 Kec 得到模糊論域下的 EC，E 與 EC 模糊控制，模糊控制模糊論域下的比例參數(shù) K1、微分參數(shù) K2、積分參數(shù) K3，比例參數(shù) K1、微分參

14、數(shù)K2、積分參數(shù) K3 分與量化因子 Kp、Kd、Ki 得到基本論域下的比例參數(shù)k1、微分參數(shù) k2、積分參數(shù) k3。圖 3 ，比例參數(shù) k1、微分參數(shù) k2、積分參數(shù) k3 控制器 2，以根據(jù)偏差號 e 到整參數(shù)個參數(shù) k1、k2、k3 的作控制器 2 控制量U 器 4。圖 4 ，器 4 對組開機(jī) 5 進(jìn)行控制，組開機(jī) 5 的控參數(shù)x 作后與參量 xref 作差得到偏差號e，偏差號e 為模糊到的計算公 ：控制器 3 的。，整的系統(tǒng)號。中，0022本發(fā)明方法具體下偸 ：00235說明書CN 103888044 A4/4 頁0024 1. 根據(jù)整個控制系統(tǒng)中偏差信號、偏差變化率信號、比例參數(shù)、微分參數(shù)、積分參數(shù)的基本論域與模糊論域，分別計算得到量化因子 Ke、Kec、Kp、Kd、Ki 的具體數(shù)值，分別以該數(shù)值作為各量化因子尋優(yōu)區(qū)間的中心點(diǎn)，適當(dāng)選擇區(qū)間半徑，形成五個量化因子尋優(yōu)區(qū)間；00252. 在五個量化因子尋優(yōu)區(qū)間內(nèi)均勻選擇數(shù)值，得到不同的量化因子數(shù)值組合，針對該量化因子數(shù)值組合進(jìn)行控制系統(tǒng)試驗(yàn)，得到該量化因子數(shù)值組合下系統(tǒng)的控制性能數(shù)值，將量化因子數(shù)值組合與該組合下的控制性能數(shù)值復(fù)一個樣本數(shù)據(jù)，不斷地改變量化因子數(shù)值組合，試驗(yàn)得到該量化因子數(shù)值組合下對