典型机电耦合数控系统的解耦控制研究

典型机电耦合数控系统的解耦控制研究

本文以典型的数控系统——数控伺服进给系统为分析研究对象，以数控系统的机电耦合理论为基础，针对数控伺服进给系统的多输入多输出不确定非线性和强机电耦合性，探索数控系统机电耦合模型合适的解耦控制方法，提出了基于退火遗传算法的输出反馈解耦，能得到比较理想的解耦控制效果，且算法原理简单，易于实现。

标签：数控系统机电耦合退火遗传算法解耦控制

数控系统是一多输入、多输出、非线性、强耦合的典型机电一体化系统，影响数控系统稳、快、准的主要原因之一就在于各对象之间参数的强度耦合。解耦控制就是将这一多变量耦合系统转化为无耦合的单变量系统来处理，采用解耦控制的方法解决系统耦合问题，可以大大提高系统的稳、快、准的控制性能指标。

退火算法是全局并行寻优方法，它们在控制领域、特别是在最优控制、鲁棒控制和参数优化等方面得到了应用。本章将研究一种基于退火遗传算法的解耦控制策略，用于线性或具有弱非线性模型未知的复杂系统的解耦控制中。

一、输出反馈解耦控制原理

如图1所示的数控系统，引入输出的负反馈，构成（1）式的解耦控制律，再根据所要求的解耦控制性能指标，通过退火遗传算法调整输出反馈解耦控制网络F（Z-1）的系数，寻求合适的解耦控制律使得耦合对象的输入输出是解耦的，且系统的性能控制指标满足设计要求。

4.算法实现基于退火遗传算法的输出反馈解耦控制原理如图2所示。在的每一个可行解下让系统运行，即给定系统的参考输入，计算解耦网络的输出及在解耦控制律的作用下的输出，选择个输入输出样本对，根据（3）式评价，直到（3）式取得最小值，则当前的即是要找的解耦控制网络。

对于数控系统——数控伺服进给系统非线性耦合系统，通过解耦控制将这一多变量耦合系统转化为无耦合的单变量系统，采用基于退火遗传算法的输出反馈解耦控制较好的解决系统耦合问题，进一步提高了系统的稳、快、准的控制性能指标。本身具备有对被控制变量进行自动调节的能力，因而兼有解耦和控制的功能，系统的鲁棒性能好，抗干扰能力强，可直接投入实际应用中。

参考文献

[1]王东风，王剑东，等.一种多变量系统的内模解耦控制设计方法.控制工程，2003，10（5）：463～465

[2]刘晨晖.多变量过程控制系统解耦理论.北京：水利出版社，1988

[3]柴天佑，等.多变量自适应解耦控制及应用.北京：科学出版社，2001

[4]薛福珍，等.多变量解耦鲁棒控制的遗传优化方法.中国科技大学学报，2001，31（6）：721～726

[5]赵天玉.模拟退火算法及其在组合优化中的应用.计算机与现代化，1999，（3）：17～21

[6]夏小华.非线性系统控制与解耦.北京：科学出版社，1997

[7]金明，吴新振.模拟退火算法在单相电机优化设计中的应用.微特电机，1997，（5）：19～22