基于GA的非线性电机自适应模糊滑模控制器设计_

基于GA的非线性电机自适应模糊滑模控制器设计
   摘要：提出一种基于GA的自适应模糊积分型滑模控制策略，并将其用于具有非线性动态摩擦力的单轴运动控制系统中。控制器由自适应模糊控制项和补偿控制项组成，自适应模糊控制项用来逼近理想滑模控制律，补偿控制项用来补偿逼近偏差，利用李亚普诺夫稳定性理论推导出模糊规则和补偿控制项中逼近偏差边界在线自适应律，采用遗传算法优化自适应律中参数。仿真和实验结果表明了该控制策略的有效性。
   引言1
   运动控制系统中存在的非线性摩擦对系统的运动性能有很大的影响，尤其是位置跟踪控制，系统运行在低速，摩擦不但造成系统的稳态误差，而且使系统产生爬行或极限环振荡。因此，必须对系统中的摩擦影响加以抑制或消除。文[1]针对飞行模拟转台伺服系统设计变结构补偿方法，变结构方法中滑模运动对系统的不确定性在一定条件下具有不变性，这无疑有助于对伺服系统的非线性摩擦力的补偿；文[2]利用基于变结构控制思想设计的鲁棒自适应非线性控制器来降低位置调节时的摩擦力矩干扰；重复补偿控制[3]可以在没有精确模型的情况下补偿摩擦影响，但方法比较复杂。
   将模糊滑模控制相结合，可以消除滑模控制中的抖动现象[4]，文[5]提出一种模糊滑模控制的一种新方法，用模糊控制器逼近滑模控制律，同时为了保证逼近精度和模糊控制系统的稳定性，在设计中加入模糊监督控制器，同时利用遗传算法对滑动平面的特征常数λ寻优；文[6]采用自适应遗传算法寻求最优化的模糊滑模控制器参数，并在无刷直流电机的实验中取得满意的效果；文[7]提出用布均匀分布的隶属函数的模糊控制器来代替传统滑模控制器中的符号函数，再利用遗传算法对滑动平面系数和因子寻优，并将该方法运用到小车倒立摆系统控制中。
   本文针对单轴运动控制系统设计一种自适应模糊滑模控制器，采用模糊控制逼近理想滑模控制律，采用补偿控制补偿逼近偏差，然后由李亚普诺夫函数方法获得模糊规则和逼近偏差边界在线自适应律，同时采用遗传算法优化自适应律中的参数，导出的系统控制律不依赖系统模型，设计简单。
   仿真和实验结果表明，基于遗传算法优化的自适应模糊滑模控制器可以有效的克服非线性摩擦力的影响，使系统具有较好的跟踪性能。
   1  自适应模糊积分型滑模控制器的设计
   单轴运动控制系统采用位置控制，其数学模型可以表示为如下的微分方程形式

   5  实验结果
   为了进一步验证控制算法的实用性，还进行了实验验证。实验采用的位置控制系统的硬件组成包括计算机、一块内置于计算机的12位A/D，D/A转换板﹑PWM功率放大电路﹑直流力矩电机﹑直流测速电机和8位光电编码器。为了方便起见,所用输入输出控/输出单位均采用数字量。模拟电压输入范围与制电压范围均为[-5，+5]V,经12位A/D，D/A转换后的数字量范围均为[-2048，2048]。电机位置检测元件是光电编码器，则得到的反馈信号也是数字信号，再按一定的控制律运算后构成数字形式信号，经D/A转换变成电信号对被控系统进行控制，选用Borland C++作为编译平台。
   我们将仿真中得到的控制律参数代入实验系统，图9~图11是系统分别在PD控制器、模糊滑模控制器和GA优化的自适应模糊滑模控制器作用下的位置偏差，由结果可以看出，模糊滑模可以较好的克服非线性摩擦力的影响，优于PD控制器，而GA优化的自适应模糊滑模控制器比前两种方法具有更好的控制效果，系统具有较高的跟踪精度。

6 结论
本文提出一种基于GA优化的自适应模糊积分型滑模控制方法，利用李亚普诺夫稳定性理论获得模糊规则和逼近偏差边界在线自适应律，采用遗传算法优化自适应参数，系统控制律不依赖系统模型，设计简单，仿真和实验结果均表明，基于GA优化的自适应模糊积分型滑模控制器对非线性摩擦力具有很好的补偿作用。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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