電主軸的模糊參數(shù)自尋優(yōu)控制
張翊誠1，唐小琦2，陳吉紅2
(1國防科學技術(shù)大學，湖南長沙410073；2華中科技大學，湖北武漢430074)
摘要：針對電主軸慣量小，更易受參數(shù)擾動的特點提出r基于模糊控制的控制算法，對模型的依賴陲小，并且利用單純形加速法對模糊算法中的參數(shù)進行自尋優(yōu)整定，使得電主軸能夠克服自身參數(shù)擾動的影響，始終保持較好的控制性能。仿真和實驗結(jié)果證明了算法的可行性與止確性：
關鍵詞：模糊控制；自尋優(yōu)；電主軸
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12一46一03
0引 言
電主軸是高檔數(shù)控機床的重要部件，將變頻電機(日前電主軸采用的電機絕大多數(shù)還是三相異步電動機)與機床主軸合二為一，電機的空心轉(zhuǎn)子與機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，它實現(xiàn)了變頻電機和機床主軸之間的“零傳動”，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊、效率高、噪聲低、振動小。由于省去了中間傳動如皮帶傳動等環(huán)節(jié)，容易實現(xiàn)高速、超高速，轉(zhuǎn)動慣量小，易實現(xiàn)定點剎車、c軸傳動等功能。也正是由于它的轉(zhuǎn)動慣量小的原因，相對于其它電機，電主軸對參數(shù)的擾動和外部干擾所引起的力矩擾動更加敏感。因此如何抑制擾動成為電主軸高速平穩(wěn)運行和調(diào)速的關鍵。目前的很多算法是基于模型的控制，需要對參數(shù)準確辨識。而對于電主軸來說，定轉(zhuǎn)子的電阻是慢時變的，隨溫度的升高而升高，因此如果算法過分依賴于模型，則容易導致控制性能下降，甚至失控。模糊控制算法對模型依賴性很小，岡此適用性很強，但模糊規(guī)則的制定需要大量的實驗去修正，并且還很難達到****或次優(yōu)的效果。本文提出了通過改變調(diào)整因子來進行模糊優(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，電機的旋轉(zhuǎn)d、q軸建立在轉(zhuǎn)子的磁鏈上，則實現(xiàn)了****程度的解耦，ids控制勵磁的大小，而iqs控制轉(zhuǎn)矩的大小，通過電流閉環(huán)對力矩進行快速響應。模糊算法的原理是將電機的速度誤差E和誤差的微分cE通過歸一化處理后，輸入到模糊控制器中，經(jīng)過模糊決策和推理，通過反模糊化來確定控制量的大小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，比較簡單的是三角形隸屬度函數(shù)，本文兩個輸入變量和一個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=負大；NM=負中，NS=負小。
其各自的論域為：
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，兩個輸入量e和ce逐一對各條規(guī)則按照相應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，用模糊關系式表示，即：
通過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)則所對應的輸出值進行求權(quán)，得到最后的精確輸出量，即是反模糊化過程  1．2三角形隸屬度的模優(yōu)化原理
如圖2所示。當σ=O時(圖2a)，隸屬度函數(shù)是對稱的，σ>O或σ<O，則隸屬度函數(shù)分布曲線往相反的兩個方向進行凋 |
