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《基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主動磁軸承控制研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要主動磁軸承(以下簡稱磁軸承)具有無摩擦、無磨損、無需潤滑及壽命長等一系列傳統(tǒng)滾動軸承和滑動軸承所無法比擬的優(yōu)點,它在航空航天、真空技術(shù)、高速旋轉(zhuǎn)機械及能源交通等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在磁軸承系統(tǒng)的研究中,控制器的設(shè)計是其中至關(guān)重要的一環(huán),控制器性能的好壞直接影響到轉(zhuǎn)子的動態(tài)性能和控制精度,直接關(guān)系到磁軸承技術(shù)能否成功應(yīng)用于實踐。目前,磁軸承的控制器設(shè)計通常是在平衡點附近將模型進行線性化,然后按照線性理論設(shè)計傳統(tǒng)PID控制器。但是,由于磁軸承具有本質(zhì)不穩(wěn)定性、非線性和參數(shù)不確定性,當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離平衡位置較遠(yuǎn)時,線性化模型與
2、磁軸承實際模型之間存在較大的模型誤差,同時,未知的負(fù)載擾動也會影響控制系統(tǒng)的性能,最終導(dǎo)致傳統(tǒng)PID控制器很難取得理想的控制效果,甚至是控制失敗。本文試圖采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)手段直接對磁軸承非線性特性進行建模,同時提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制手段,直接對磁軸承非線性系統(tǒng)進行控制。文章深入分析了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理及學(xué)習(xí)算法,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能逼近任意非線性函數(shù)的特點,對磁軸承系統(tǒng)進行辨識。由于磁軸承的本質(zhì)不穩(wěn)定性,在開環(huán)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子位移發(fā)散,因而無法在開環(huán)狀態(tài)下獲取實際系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)。本文采取在PID閉環(huán)控制作用下,在軸承轉(zhuǎn)予位移不發(fā)散的
3、前提下加入隨機擾動量,以獲得持續(xù)充分激勵的輸入信號,同時獲得轉(zhuǎn)子輸出位移數(shù)據(jù)的方案,然后以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)訓(xùn)練磁軸承的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高度的非線性映射能力,本文設(shè)計了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制器,該控制器輸出為P、I、D信號的非線性組合,同時并聯(lián)傳統(tǒng)PID控制器,以減小磁軸承非線性特性對控制效果的影響,仿真表明,該控制器確實能使磁軸承轉(zhuǎn)子在更寬范圍內(nèi)穩(wěn)定地懸浮。為改善軸承轉(zhuǎn)子懸浮的動態(tài)性能,特別是增強抗負(fù)載擾動的能力,用前饋控制和反饋控制相結(jié)合的方案,本文設(shè)計了磁軸承的CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器,仿真表明了該控制器能取
4、得比傳統(tǒng)PID控制器更好的控制效果。關(guān)鍵詞:磁軸承,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)辨識,非線性,自適應(yīng)控制AbstractActiveMagneticBearing(AUB)hasthepropertiesofnofriction,nofray,dispensewithlubricating,lastinglife,alloutstandingexcellenceabovecan’tbeseenintraditionalrollbearingandslidingbearing.AMBwillbeappliedtothesefieldsfa
5、randwide:aviationandspaceflight,vacuumtechnology,tail—waggingengine,energysource,traffic,andsoon.ThemostimportantfieldofAMBresearchistheresearchoftheAMBcontroller.TheperformanceofthecontrolleraffectsthedynamicperformanceoftheAMBsystemandthecontrolprecisionoftherot
6、or,whichareveryimportanttotheapplicationoftheAMB.Atpresent,theusualmethodistogetthelinearizationmodelatthebalancepointoftheAMB,thentodesignthetraditionalPIDcontrollerbasedonlineartheory.But,AMBhasthecharacteristicsofinstability,non—linearityandparameterincertitude
7、.TherewillbemuchseriousmodelerrorbetweenthelineartzationmodelandtheactualAMBwhentherotorkeepsawayfromthebalancepoint.What’smore,theunknownandtime—varyingloaddisturbancesmuchaffectthecontroleffect.Thus,thecontroleffectofthetraditionalPIDcontrollerisfarawayfromsatis
8、faction.Thispapertriestoidentifythenonlinearmodelandtocontrolitbasedonneuralnetworks.ThispaperidentifiesthenonlinearmodeloftheAMBbasedonthenonlinearmapa