電主軸的模糊參數(shù)自尋優(yōu)控制
張翊誠(chéng)1，唐小琦2，陳吉紅2
(1國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙410073；2華中科技大學(xué)，湖北武漢430074)
摘要：針對(duì)電主軸慣量小，更易受參數(shù)擾動(dòng)的特點(diǎn)提出r基于模糊控制的控制算法，對(duì)模型的依賴陲小，并且利用單純形加速法對(duì)模糊算法中的參數(shù)進(jìn)行自尋優(yōu)整定，使得電主軸能夠克服自身參數(shù)擾動(dòng)的影響，始終保持較好的控制性能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了算法的可行性與止確性：
關(guān)鍵詞：模糊控制；自尋優(yōu)；電主軸
中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)12一46一03
0引 言
電主軸是高檔數(shù)控機(jī)床的重要部件，將變頻電機(jī)(日前電主軸采用的電機(jī)絕大多數(shù)還是三相異步電動(dòng)機(jī))與機(jī)床主軸合二為一，電機(jī)的空心轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸軸芯直接裝配成一體，定子與主軸單元的殼體裝配成一體，它實(shí)現(xiàn)了變頻電機(jī)和機(jī)床主軸之間的“零傳動(dòng)”，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、效率高、噪聲低、振動(dòng)小。由于省去了中間傳動(dòng)如皮帶傳動(dòng)等環(huán)節(jié)，容易實(shí)現(xiàn)高速、超高速，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，易實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)剎車、c軸傳動(dòng)等功能。也正是由于它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的原因，相對(duì)于其它電機(jī)，電主軸對(duì)參數(shù)的擾動(dòng)和外部干擾所引起的力矩?cái)_動(dòng)更加敏感。因此如何抑制擾動(dòng)成為電主軸高速平穩(wěn)運(yùn)行和調(diào)速的關(guān)鍵。目前的很多算法是基于模型的控制，需要對(duì)參數(shù)準(zhǔn)確辨識(shí)。而對(duì)于電主軸來(lái)說(shuō)，定轉(zhuǎn)子的電阻是慢時(shí)變的，隨溫度的升高而升高，因此如果算法過(guò)分依賴于模型，則容易導(dǎo)致控制性能下降，甚至失控。模糊控制算法對(duì)模型依賴性很小，岡此適用性很強(qiáng)，但模糊規(guī)則的制定需要大量的實(shí)驗(yàn)去修正，并且還很難達(dá)到****或次優(yōu)的效果。本文提出了通過(guò)改變調(diào)整因子來(lái)進(jìn)行模糊優(yōu)化的方法。
1電主軸模糊調(diào)速
l.1模糊調(diào)速原理
采用矢量控制的原理，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)d、q軸建立在轉(zhuǎn)子的磁鏈上，則實(shí)現(xiàn)了****程度的解耦，ids控制勵(lì)磁的大小，而iqs控制轉(zhuǎn)矩的大小，通過(guò)電流閉環(huán)對(duì)力矩進(jìn)行快速響應(yīng)。模糊算法的原理是將電機(jī)的速度誤差E和誤差的微分cE通過(guò)歸一化處理后，輸入到模糊控制器中，經(jīng)過(guò)模糊決策和推理，通過(guò)反模糊化來(lái)確定控制量的大小du，反歸一化處理并積
分后得到控制信號(hào)iqs送人到逆變器后完成轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
隸屬度函數(shù)種類較多，比較簡(jiǎn)單的是三角形隸屬度函數(shù)，本文兩個(gè)輸入變量和一個(gè)輸出量都選擇形式相同的三角形隸屬度函數(shù)。
定義模糊集如下：
其中：PB=正大，PM=正中，PS=正小，z=零，NB=負(fù)大；NM=負(fù)中，NS=負(fù)小。
其各自的論域?yàn)椋?/DIV>
σ 稱作模糊調(diào)整因子，σ1、σ2、σ3分別為輸入e、ce，和輸出du的調(diào)整因子。為節(jié)約篇幅，圖2只顯示了輸人量e在不同調(diào)整因子下三角形隸屬度函數(shù)。
表l共有49條模糊規(guī)則，兩個(gè)輸入量e和ce逐一對(duì)各條規(guī)則按照相應(yīng)的三角形隸屬度函數(shù)，轉(zhuǎn)化成隸屬度值μi(e)和μi(ce)，采取Mamdani方法，即每條規(guī)則都采用“與”算子(求最小)，得到各條規(guī)則下的輸出值，即開火度DOFi,i=1,2，...，49，用模糊關(guān)系式表示，即：
通過(guò)反求即可得到每條規(guī)則的輸出值dui。
用重心法將每條規(guī)則所對(duì)應(yīng)的輸出值進(jìn)行求權(quán)，得到最后的精確輸出量，即是反模糊化過(guò)程  1．2三角形隸屬度的模優(yōu)化原理
如圖2所示。當(dāng)σ=O時(shí)(圖2a)，隸屬度函數(shù)是對(duì)稱的，σ>O或σ<O，則隸屬度函數(shù)分布曲線往相反的兩個(gè)方向進(jìn)行凋 |
