SOA在音圈电机控制系统中应用仿真研究_王国龙.pdf
《SOA在音圈电机控制系统中应用仿真研究_王国龙.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《SOA在音圈电机控制系统中应用仿真研究_王国龙.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基金项目:吉林省发展和改革委员会项目(2020C023-1);吉林省发展和改革委员会项目(2018C035-3);长春理工大学青年基金项目(201915010011);收稿日期:2021-04-07 修回日期:2021-07-26 第 40 卷 第 4 期计 算 机 仿 真2023 年 4 月 文章编号:1006-9348(2023)04-0277-05SOA 在音圈电机控制系统中应用仿真研究王国龙,白端元,王 愚,刘云清(长春理工大学电子信息工程学院,吉林 长春 130022)摘要:针对传统的 PID 参数整定方法存在对音圈电机控制精度不足以及响应速度慢等问题,提出了基于人群搜索算法(SOA
2、)快速寻找音圈电机最佳 PID 控制参数。选取音圈电机的数学模型作为被控对象,利用 SOA 算法随机生成初始搜寻者并将搜寻者个体的位置参数依次赋给 PID 控制参数,并计算音圈电机系统的性能指标,再通过循环迭代更新搜寻者的位置直到满足系统期望指标为止。仿真结果表明,相比于粒子群算法(PSO)、遗传算法(GA),SOA 算法能够有效减小系统的超调量并缩短调节时间,同时具有一定的抗干扰能力,在音圈电机控制系统中具有一定的应用价值。关键词:人群搜索算法;音圈电机;应用仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:BApplication Simulation of SOA in Voice Coil
3、Motor Control SystemWANG Guo-long,BAI Duan-yuan,WANG Yu,LIU Yun-qing(School of Electronic Information Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun Jilin 130022,China)ABSTRACT:Aiming at the problems of insufficient control accuracy and slow response speed of voice coil motor i
4、nthe traditional PID parameter tuning method,the seeker optimization algorithm(SOA)to quickly find the optimalPID control parameters of voice coil motor is proposed.The mathematical model of the voice coil motor is selected asthe controlled object,the initial searcher is randomly generated by SOA,an
5、d the position parameters of the searcherare assigned to PID control parameters to calculate the performance index of the voice coil motor system,and then theposition of the searcher is updated by cycle iteration until the expected index is met.The simulation results show thatcompared with particle
6、swarm optimization(PSO)and genetic algorithms(GA),SOA can effectively reduce the over-shoot of the system and shorten the adjustment time,and has a certain anti-interference ability,which has a certainapplication value in the voice coil motor control system.KEYWORDS:Seeker optimization algorithm(SOA
7、);Voice coil motor;Application simulation1 引言音圈电机(VCM)是一种体积小、结构简单的直驱型电动机。与其它直线电机一样不需中间环节就能获得直线运动,能够避免环节复杂引起的噪声以及维护困难等问题1,同时具有控制方便、高响应频率、高分辨率、高定位精度等良好的动态特性。因此音圈电机作为一种精密驱动元件在激光通信中的 ATP 系统、超精密定位跟踪的系统中被广泛应用。使用音圈电机虽能消除中间环节对系统性能的影响,同时也带来了一些不利的因素,如外部的扰动和负载的变化直接作用在音圈电机上,给其控制精度及系统稳定性都带来了挑战。目前工业上对于音圈电机控制系统仍以
8、PID 控制为主,但由于传统的 PID 整定方法具有局限性不能自动调整参数以适应外部环境的改变,很难满足控制要求,故许多研究人员展开了利用先进控制思想优化 PID 控制参数的研究思路。刘日龙等采用模糊推理的方法来修正 PID 参数并在音圈电机驱动的反射镜系统应用,改善了系统的控制精度2。张立佳等在音圈电机直驱阀系统中利用神经网络对 PID 参数进行调整,既保留了神经网络的动态特性又能保证系统的快速稳定性3。Syuan-Yi 等将模糊控制与神经网络结合起来用于优化音圈电机控制系统的 PID 控制参数,该方法能够有效地逼近系统非线性,同时具有一定的自适应控制能力,772提高了系统的控制精度4。贺云
9、波等将迭代学习控制算法应用于音圈电机的前馈加反馈伺服控制结构,使得音圈电机的高速运动时的轨迹跟踪能力显著提升5。魏文军等提出了一种滑模动态面控制器并应用于音圈电机型快速反射镜,提高了快速反射镜系统的抗干扰能力和跟踪精度6。李广军等结合粒子群算法(PSO)优化 PID 控制参数改善了焊接工作台伺服控制系统的动态性能7。赵劲松等利用遗传算法(GA)优化 PID 参数从而提高了液压机的锻造精度及其对外部不同工况的适应性8。以上做法在某种程度上克服了传统 PID 整定方法的不足,但在实际工程应用中由于受外部噪声的影响,数据准确性会下降,导致难以获得较好的控制效果。余胜威等提出一种人群搜索算法(SOA)
10、用于 PID 控制器参数优化,提高了系统控制精度及响应速度且鲁棒性好9。许景辉等将 SOA 算法应用于智能灌溉水泵控制中,有效地解决了非线性、时变性和滞后性等问题10。本文在上述背景下,提出了基于 SOA 算法对音圈电机的 PID 控制参数进行优化,并在 MATLAB 中进行仿真,将SOA 优化后的 PID 控制参数应用于音圈电机的动态模型,同时在相同条件下与 PSO、GA 等算法优化的 PID 控制参数进行效果对比,得出 SOA 算法优化下的 PID 控制器对音圈电机的控制效果比 PSO、GA 等具有更好的动态响应性能,并具备一定的抗干扰能力。2 PID 控制器原理PID 控制器是一种线性控
11、制器,因其算法简单,鲁棒性能好等特点一直被工业系统广泛应用11。它主要是利用系统输入与输出之间的误差构成线性控制量来调节被控对象,基本原理如图 1 所示。图 1 PID 控制的基本原理PID 的控制规律及传递函数分别如式(1)及式(2)所示u(t)=Kpe(t)+1Tit0e(t)dt+Tdde(t)dt(1)G(s)=E(s)U(s)=Kp(1+1Tis+Tds)=Kp+Kis+Kds (2)式中 u(t)为控制器输出量,e(t)为系统误差,Kp、Ki、Kd分别为各环节系数。在实际工程应用中,只有适当的调整 Kp、Ki、Kd等三个参数才能使被控对象达到较好的响应性能。另外,由于工程中通常 P
12、ID 控制由计算机系统实现,故当采样周期很小时,可以用离散域 PID 替代连续 PID,离散域 PID 如式(3)所示u(t)=Kpe(t)+T0Tie(k)+TdTi2e(k)=Kpe(k)+Kie(k)+Kd2e(k)(3)3 人群搜索算法3.1 人群搜索算法的基本思想人群搜索算法的基本思想12:首先随机生成初始搜寻者种群并以每个搜寻者的位置为待选解,其次根据所制定的性能指标评价搜寻者位置的优劣,然后模拟人类搜索行为来更新搜寻者的位置,直至搜寻到满足性能指标的最优解为止。SOA 算法流程如图 2 所示。图 2 SOA 算法的流程3.2 SOA 算法的关键参数确定1)适应度函数的选取适应度函
13、数是 SOA 算法中用来评判搜寻者位置的性能指标。为了防止产生超调量以及输入控制能量过大等问题,将系统的超调量及控制输入的平方项引入性能指标中以便获得最佳的性能参数13。选取适应度函数为J=0h1|e(t)|+h2u2(t)+h3|e(t)|dt(4)其中 e(t)为系统输入与输出间的误差;u(t)为控制器输出量;h1、h2、h3为各项权值,且 h3h,通常 h1取值为 0.999,h2为 0.001,h3取值为 100。2)搜索步长的选取模糊控制思想中的模糊逼近算法是 SOA 算法中不确定搜索行为主要依据14,故可选用模糊系统中常用的 Gauss 隶属度函数作为 SOA 算法的搜索步长如式(
14、5)所示uA(x)=e-a222(5)式中 x 是输入变量;a、是 Gauss 隶属度函数的参数;需要注872意的是,这里设定最小隶属度值 uA是为 0.0111 因是输出变量 x 的范围超过-3,3的概率小于 0.0111 可以忽略15。3)搜索方向的确定SOA 算法的搜索方向是模仿人的搜索行为确定的16,人的搜索行为一般包括利己、利他以及预动三种行为,通过分析可以得到搜寻者的三种行为如式(6)至式(8)所示?di,ego(t)=?pi,best(t)-?xi(t)(6)?di,alt(t)=?gi,best(t)-?xi(t)(7)?di,pro(t)=?xi(t1)-?xi(t2)(8)
15、其中,?di,ego(t)、?di,alt(t)、?di,pro(t)分别代表三种行为;?pi,best为搜寻者全程历史最优位置;?gi,best搜寻者所处邻域内历史最佳位置;?xi(t1)和?xi(t2)表示?xi(t-2),?xi(t-1),?xi(t)中的最优位置。出于综合考虑,取三种行为的随机加权平均值如式(9)作为最终的搜索方向:?dij(t)=sign?dij,pro(t)+1?dij,ego(t)+2?dij,ego(t)()(9)在式(9)中,为惯性权值,1、2分别为0,1 内的常数。4)搜寻者位置的更新在确定 SOA 算法的搜索的方向和步长后,对搜索者个体的位置进行更新以找到
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- SOA 电机 控制系统 应用 仿真 研究 王国
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。