模糊免疫pi控制在bldcm中的應(yīng)用
李星耀，馬瑞卿，高志杰
（西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安710129）
摘要：由于bldcm在運(yùn)行中受環(huán)境變化、元件老化等問(wèn)題影響，傳統(tǒng)的pi控制難以取得滿意的效果。該文通過(guò)免疫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的類比，借鑒免疫u向應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)理，提出了將模糊免疫pi控制器應(yīng)用bldcm控制系統(tǒng)中。m atlab仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)超調(diào)量小，速度響應(yīng)快，對(duì)外界干擾得到了很好的抑制，具有較好的控制精度和較好的魯棒性，控制系統(tǒng)性能優(yōu)于常規(guī)pi控制。
關(guān)鍵詞：模糊；免疫pi；bldcm；仿真
中圖分類號(hào)：tp273 +.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0096-04
0引 言
傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)( bldcm)控制系統(tǒng)大多采用常規(guī)的pid控制策略。由于傳統(tǒng)的pid控制器容易受電機(jī)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)等不確定性因素的影響，而且對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗干擾能力兩者不能很好地兼顧，為了克服這些不足，多種控制策略相繼被提出，如數(shù)字pid、模糊pid、自適應(yīng)pid和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等等。
本文通過(guò)對(duì)免疫系統(tǒng)與無(wú)刷直流電機(jī)( bldcm)控制系統(tǒng)的類比，將模糊免疫pi控制器應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，模糊免疫pi控制既繼承了傳統(tǒng)pi控制不依賴于對(duì)象模型、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)pi控制器抗干擾能力較差，超調(diào)大，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)擾動(dòng)的魯棒性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。通過(guò)matlab/simulink進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，該控制方法與傳統(tǒng)pi相比，響應(yīng)速度快，抗擾動(dòng)能力和魯棒性強(qiáng)，系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能都大大提高了。
1生物免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)理
生物免疫系統(tǒng)可認(rèn)為是一種在大量干擾和不確定性的環(huán)境中都具有很強(qiáng)魯棒性和自適應(yīng)性的系統(tǒng)，能對(duì)侵入機(jī)體的菲己成分以及發(fā)生了突變的自身細(xì)胞進(jìn)行精確識(shí)別、適度響應(yīng)和有效排除；沒(méi)有免疫系統(tǒng)的保護(hù)，生物體不可避免地會(huì)受到感染進(jìn)而導(dǎo)致死亡。生物免疫系統(tǒng)中各細(xì)胞的相互作用表現(xiàn)為：抗原侵入肌體后，經(jīng)抗原呈遞細(xì)胞( apc)吸收、消化后，將信息呈遞給t細(xì)胞然后刺激b細(xì)胞，b細(xì)胞受到刺激便會(huì)產(chǎn)生抗體以消除抗原。當(dāng)抗原較多時(shí)，肌體內(nèi)的輔助細(xì)胞th也較多，而抑制細(xì)胞ts卻較少，從而產(chǎn)生較多的b細(xì)胞。隨著抗原數(shù)量的減少，體內(nèi)抑制細(xì)胞ts則增加，抑制輔助細(xì)胞th的產(chǎn)生，b細(xì)胞也隨之減少，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔后，免疫反饋的整個(gè)系統(tǒng)就趨于一種平衡。在免疫響應(yīng)的各個(gè)階段t細(xì)胞是扮演了不同的角色，從免疫初期的輔助細(xì)胞th的大量產(chǎn)生盡快免疫抗原到免疫后期抑制細(xì)胞ts的快速產(chǎn)生以使得系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，所以t細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用是值得借鑒的。th細(xì)胞和t。細(xì)胞的調(diào)節(jié)過(guò)程就可以分別視為免疫應(yīng)答的正反饋調(diào)節(jié)和負(fù)反饋調(diào)節(jié)過(guò)程。
2模糊免疫pi控制器設(shè)計(jì)
2.1免疫控制器設(shè)計(jì)原理
將免疫系統(tǒng)與bldcm控制系統(tǒng)類比，免疫響應(yīng)的主要功能是在保證免疫系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，快速響應(yīng)入侵抗原。一方面抗原對(duì)生物體產(chǎn)生傷害，必須及時(shí)予以消除；另～方面抗體濃度太大，也會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生毒害，必須受到控制，免疫系統(tǒng)的總目標(biāo)是使生物體受到的總傷害最小。而bldcm控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，要求系統(tǒng)在保證穩(wěn)定性的前提下，具有較好的動(dòng)態(tài)性能，即具有較小的超調(diào)和較快的響應(yīng)速度，并能快速消除偏差，這與免疫系統(tǒng)的控制目的是一致的。免疫系統(tǒng)與bldcm控制系統(tǒng)的比較如表l所示。
根據(jù)免疫響虛過(guò)程中t細(xì)胞的作用，可得到第k代b細(xì)胞的濃度表達(dá)式：
定義第k代的抗原數(shù)量為ε(k)，受到外部刺激后輔助細(xì)胞th的數(shù)量為th(k)，則有：
式中，k1為th細(xì)胞的促進(jìn)因子，假設(shè)抑制細(xì)胞對(duì)b細(xì)胞的影響為tε(k)則：
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