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)自動化學(xué)院，西安710129）
摘要：由于bldcm在運行中受環(huán)境變化、元件老化等問題影響，傳統(tǒng)的pi控制難以取得滿意的效果。該文通過免疫系統(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：tp273 +.4 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0096-04
0引 言
傳統(tǒng)的無刷直流電機( 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控制器容易受電機參數(shù)變化和負載擾動等不確定性因素的影響，而且對動態(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。
本文通過對免疫系統(tǒng)與無刷直流電機( bldcm)控制系統(tǒng)的類比，將模糊免疫pi控制器應(yīng)用于無刷直流電機控制系統(tǒng)中，模糊免疫pi控制既繼承了傳統(tǒng)pi控制不依賴于對象模型、控制結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)pi控制器抗干擾能力較差，超調(diào)大，且對系統(tǒng)參數(shù)擾動的魯棒性不強等缺點。通過matlab/simulink進行仿真。結(jié)果表明，該控制方法與傳統(tǒng)pi相比，響應(yīng)速度快，抗擾動能力和魯棒性強，系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能都大大提高了。
1生物免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)機理
生物免疫系統(tǒng)可認為是一種在大量干擾和不確定性的環(huán)境中都具有很強魯棒性和自適應(yīng)性的系統(tǒng)，能對侵入機體的菲己成分以及發(fā)生了突變的自身細胞進行精確識別、適度響應(yīng)和有效排除；沒有免疫系統(tǒng)的保護，生物體不可避免地會受到感染進而導(dǎo)致死亡。生物免疫系統(tǒng)中各細胞的相互作用表現(xiàn)為：抗原侵入肌體后，經(jīng)抗原呈遞細胞( apc)吸收、消化后，將信息呈遞給t細胞然后刺激b細胞，b細胞受到刺激便會產(chǎn)生抗體以消除抗原。當抗原較多時，肌體內(nèi)的輔助細胞th也較多，而抑制細胞ts卻較少，從而產(chǎn)生較多的b細胞。隨著抗原數(shù)量的減少，體內(nèi)抑制細胞ts則增加，抑制輔助細胞th的產(chǎn)生，b細胞也隨之減少，經(jīng)過一段時間間隔后，免疫反饋的整個系統(tǒng)就趨于一種平衡。在免疫響應(yīng)的各個階段t細胞是扮演了不同的角色，從免疫初期的輔助細胞th的大量產(chǎn)生盡快免疫抗原到免疫后期抑制細胞ts的快速產(chǎn)生以使得系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，所以t細胞的調(diào)節(jié)作用是值得借鑒的。th細胞和t。細胞的調(diào)節(jié)過程就可以分別視為免疫應(yīng)答的正反饋調(diào)節(jié)和負反饋調(diào)節(jié)過程。
2模糊免疫pi控制器設(shè)計
2.1免疫控制器設(shè)計原理
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，快速響應(yīng)入侵抗原。一方面抗原對生物體產(chǎn)生傷害，必須及時予以消除；另～方面抗體濃度太大，也會對生物體產(chǎn)生毒害，必須受到控制，免疫系統(tǒng)的總目標是使生物體受到的總傷害最小。而bldcm控制系統(tǒng)在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，要求系統(tǒng)在保證穩(wěn)定性的前提下，具有較好的動態(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)免疫響虛過程中t細胞的作用，可得到第k代b細胞的濃度表達式：
定義第k代的抗原數(shù)量為ε(k)，受到外部刺激后輔助細胞th的數(shù)量為th(k)，則有：
式中，k1為th細胞的促進因子，假設(shè)抑制細胞對b細胞的影響為tε(k)則：
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