基于神經網絡的磁軸承系統(tǒng)辨識和控制研究.pdf

1、主動磁軸承(AMB，以下簡稱磁軸承)是一種新型高性能軸承，它是由轉子、軸承及位置控制器構成的機電一體化系統(tǒng)，具有無摩擦、無磨損、無需潤滑及壽命長等一系列優(yōu)點，被公認為是極有前途的新型軸承。在磁軸承系統(tǒng)的研究中，控制器的設計是其中至關重要的一環(huán)，控制器性能的好壞直接影響到轉子的動態(tài)性能和控制精度，直接關系到磁軸承技術能否成功應用于實踐。 目前，國內外對磁軸承系統(tǒng)的控制多采用線性控制理論，采用的數(shù)學模型也是經過了近似和線性化后得到的

2、模型。然而，由于磁軸承具有本質不穩(wěn)定性、非線性和參數(shù)不確定性，如果把它近似成為一個線性模型，當轉子偏離平衡位置較遠時，線性化模型將無法體現(xiàn)實際系統(tǒng)本身的動態(tài)特性，也無法滿足更高的控制精度的要求。本文試圖采用神經網絡手段直接對磁軸承非線性特性進行建模，并尋求基于神經網絡和遺傳算法的控制方法對磁軸承非線性系統(tǒng)進行控制。 神經網絡能以任意精度逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)，逐漸成為處理非線性系統(tǒng)的重要工具，在系統(tǒng)辨識和控制領域中越來越受到重視

3、。本論文嘗試在磁軸承轉子的機理分析的基礎上，結合神經網絡基本理論，設計一種反映磁軸承動態(tài)特性的神經網絡作為它的數(shù)學模型，對實際的磁軸承非線性特性進行建模。仿真結果表明本論文中設計的改進的Elman網絡能在誤差允許范圍之內擬合系統(tǒng)的輸入輸出特性，并且比BP網絡和。Elman網絡更適用于模擬實際的磁軸承模型。為磁軸承非線性特性的建模探索了一種新方法。 在自動控制領域，PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于它具有算法簡單、可靠性

4、高等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。但實踐證明，傳統(tǒng)的PID控制器對于非線性、時滯、時變系統(tǒng)，難以達到令人滿意的性能指標。如果要考慮在實際系統(tǒng)中得到更好的控制效果，這時就需要采用更為先進的算法設計PID控制器。本文在傳統(tǒng)PID控制的基礎上，討論和分析了基于BP算法的PID控制器以及遺傳算法整定的PID控制器。利用Matlab對這幾種控制方法進行了仿真，仿真結果表明，遺傳算法整定的PID控制器可以取得比傳統(tǒng)PID控制器及基于BP網絡的PID控制器