[发明专利]轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法

摘要

本发明公开一种轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，先将轴向混合磁轴承的轴向位移信号与给定轴向位移参考位置信号比较得到位移偏差信号再输入至常规分数阶PID控制器；然后设定鱼群规模、视野范围、移动步长、拥挤度因子、最多尝试次数、最大迭代次数；每条人工鱼的状态包括比例、积分、微分系数以及微分阶次系数、积分阶次系；计算初始鱼群、当前时刻人工鱼食物浓度、鱼群视野和步长；每条人工鱼执行觅食、聚群、追尾运算以更新自己的位置，最后输出最优参数；本发明结合鱼群算法和分数阶PID控制器的优点，根据系统设定的性能指标实时优化控制器参数，使系统具有更加良好的静态和动态稳定性，增强系统的自适应能力。

主权项

1.一种轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造方法，其特征是采用以下步骤：1）将轴向混合磁轴承的轴向位移信号z与给定的轴向位移参考位置信号z*比较得到位移偏差信号e，将位移偏差信号e输入至控制律是的常规分数阶PID控制器，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，λ为微分阶次系数，μ为积分阶次系数，e（t）为t时刻的位移偏差，D为微积分算子，，为t时刻输出的力信号控制量；2）设定鱼群规模M=20、视野范围visual=1、移动步长step=0.5、拥挤度因子p=1、最多尝试次数maxtry=10、最大迭代次数T_max=100；定义第i条人工鱼个体的状态变量X_i，每条人工鱼的状态包括比例系数K_p、积分系数K_i 、微分系数K_d、微分阶次系数λ和积分阶次系数μ这五个信息量；3）按照公式计算初始鱼群，使初始人工鱼群在水域中均匀分布，是第i条人工鱼的第k个分量，i=1,2，…，M，k=1,2,3,4,5，n=20，分别为X_i（k）的上界与下界；4）根据公式计算当前时刻 t 的人工鱼食物浓度，i=1,2,3,…,M，是轴向混合磁轴承采样时刻t的位移偏差，是t时刻的位移偏差的平方值，是t时刻常规分数阶PID控制器输出的力信号，，是t时刻输出调制后的位移输出量，是t-1时刻输出调制后的位移输出量，t_u为上升时间；5）计算当前时刻t人工鱼群视野visual和移动步长step，当前时刻人工鱼群视野visual和移动步长step按照下式进行动态调整：，，，T_t为当前迭代次数，为最大迭代次数100，s的取值范围为[1,35]；6）每条人工鱼执行觅食、聚群、追尾运算以更新自己的位置；7）若迭代次数小于100次，则跳到步骤3）继续，否则，输出最优比例系数K_p、积分系数K_i 、微分系数K_d，微分阶次系数λ和积分阶次系数μ，并施加当前控制量F_z^*，完成轴向混合磁轴承鱼群算法分数阶PID控制器的构造。