基于遗传算法的磁悬浮盘片pid参数的整定

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1、第1期(总第158期)机械工程与自动化No．12010年2月MECHANICALENGINEERING8乙AUT0MATIONFeb．文章编号：1672—6413(2010)01—0027—03基于遗传算法的磁悬浮盘片，PID参数的整定李苏铭，吴华春(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070)摘要：介绍了磁悬浮盘片系统的机构及控制原理，针对磁悬浮盘片数字控制系统设计了以TMS320C6713为核心的双闭环软件控制系统。根据采用的PID控制策略及其存在的问题，提出了利用遗传算法进行PID参数寻优，并采用MATLAB仿真模型对寻优参数进行分析仿真。关键

2、词：磁悬浮盘片；遗传算法；参数整定；PID中图分类号：TP273文献标识码：A0引言证正常的工作情况下使电磁铁与传感器距离最大，减磁悬浮技术是利用磁场力平衡负载实现非接触支小或基本消除相互间的影响。承的技术。盘状磁悬浮转子的支承是近年来研究的热1．2控制系统原理点，国内外研究主要有磁悬浮心脏泵、磁悬浮硬盘、微磁悬浮盘片控制系统的原理图见图2，电涡流位型磁悬浮陀螺等盘状磁悬浮转子。磁悬浮盘片系统是移传感器采集信号、S、S。与参考信号比较后，在一个复杂的机、电、磁综合系统，它无法建立精确的DSP中进行数字信号处理，输出PWM控制信号控制数学模型，研究者往往需

3、要进行大量的、重复的试验功率放大器改变3路线圈M、M、M。的电流。才能确定相关的控制参数。传统PID控制器已经在磁悬浮系统中得到了广泛的应用，但是很难精确地得到控制参数，不能达到较理想的控制效果。而基于遗传算法的磁悬浮盘片LPID参数的整定可以得到较优的控制参数，同时，通过，仿真也表明采用遗传算法整定磁悬浮盘片PID控制系统中的控制参数具有方法简便、参数优化效果好、系统响应快、稳定性强等优点。1磁悬浮盘片系统的组成及原理二1．1磁悬浮盘片系统结构组成磁悬浮盘片系统主要由传感器、控制器、功放、电图1磁悬浮盘片支撑结构磁铁组成。磁悬浮盘片悬浮装置采用3个电磁

4、铁约束盘片的部分自由度，利用磁力的向心效应约束盘片其他自由度。根据3点确定一个平面的原理，3个电磁铁的吸力限制了盘片的平面位置。将电磁铁和传感器相对于盘片圆心交替、对称地布置在同一平面上，如图1所示。相对于盘片中心，传感器测量中心与相邻电磁铁中心的圆心角为6O。，且传感器测量中心与电磁铁中图2磁悬浮盘片控制系统原理心相对于盘片中心在同一圆周上。对称结构可以在保数字部分由DSP及接口电路组成，主要完成对信国家自然科学基金资助项目(50675163)收稿日期：2009—04—10；修回日期：2009—10—13作者简介：李苏铭(1983一)，女，山西代县人，

5、在读硕士研究生，主要研究方向：计算机辅助测试与控制。·28·机械工程与自动化2010年第l期号的采集、滤波、控制运算、PWM发生等实时调节任求。因此，PID控制仍然是首选的控制策略之一。务。悬浮盘片实时位移信号选用非接触式电涡流传感PID控制器的控制规律为：器采集；DSP部分采用TMs32OC6713，其运行速度”—]U()一K()+K厶e(f)+KEe()一P(一快、可靠性好，能保证采集、处理、调节的实时性；A／f一0D转换芯片选用12位ADS7864，采样速率500kHz，1)]。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)以保证数据采集的准确性、实时

6、性；为了使整个运行其中：，2为采样序号，=1，2，⋯；(，2—1)和e(n)分过程能够实时检测控制，本文采用USB接口实现与上别为第(一1)和第n时刻所得的偏差信号；K为比例位机的通信，可方便地修改控制参数、参考位置、控系数；K为积分系数；K为微分系数。制算法，实现对盘片悬浮状态的实时监测。由DSP提对于传统的PID控制器，在把其投入运行之前，供的PWM控制信号，经隔离后可直接驱动功率管，减要想得到较理想的控制效果，必须先整定好其3个参数KK、K。这是因为不同的被控对象对控制器的少了中问硬件电路的设计，提高了系统的稳定性。2磁悬浮盘片控制策略特性会有不同

7、的要求，整定的目的就是设法使控制器采用以TMS320C6713为核心的双闭环控制系统的特性能够和被控对象配合好，以便得到最佳控制效(见图3)，系统有两个反馈环，即位移外环和电流内果。若控制器参数整定不好，即使控制器本身最优，但环。位移反馈信号取自电涡流位移传感器输出的盘片其控制效果也会很差。因此，PID控制器性能的好坏关键是各参数的整定。位置信号，与给定位置比较后作为位移环PI调节器的3．2基于遗传算法的PID参数整定输入。而PI调节器的输出值作为电流指令，再与实际传统PID控制器KK、K的选择主要依靠大电流比较形成电流偏差，以控制PWM信号的脉宽。量的

8、反复调试和经验，由于KK、K对系统的影响是相互关联和互相影响的，而且当对象的状态