[发明专利]一种基于免疫粒子群算法的超声电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于免疫粒子群算法的超声电机控制方法，特别涉及一种智能计算与自动控制方法，属于计算机应用与自动控制领域。

背景技术

超声电机(Ultrasonic Motor，USM)是20世纪80年代发展起来的一种最具代表性的驱动器，它的问世，部分地满足了宇宙飞船、人造卫星、飞机、导弹、汽车、机器人、精密仪器等对驱动设备所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰、在恶劣环境下适应性强等要求。与传统电机相比，超声电机具有结构简单、响应速度快、转矩/质量比大、无需齿轮减速机构、可实现直接驱动、抗电磁干扰等特性。超声电机的出现不仅可以在许多场合替代普通的电磁电机，改善机械系统的性能，而且能够在一些电磁电机无法正常工作的场合显示出独特的作用。它突破了统治电机领域上百年的电磁波驱动理论，打破了由电磁效应获得转速和转矩的概念，具有划时代意义，是当前科学研究前沿的高新技术之

超声电机有别与传统的电磁电机，随着驱动条件的改变，表现出极强的非线性特性，对它建立精确的数学模型是很困难的，因此采用传统方法难以对其实施精确快速地控制。虽然利用某些智能技术，超声电机的控制取得了一定的进展，但在实际应用中仍然存在着如控制器的结构难以选择、参数的维数难以确定、实时性差、控制精度低等许多难题。为了更有效地控制超声电机，利用粒子群优化算法，并基于免疫系统中发生T细胞和B细胞中的受体编辑机制和疫苗接种模型，提出了一种新型的超声电机免疫粒子群控制方法。这里的控制器可以是常规控制器或者是一些基于智能技术的控制器，控制器中的待定参数或规则由免疫粒子群算法来优化获得。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于免疫粒子群算法的超声电机控制方法，这种方法基于免疫粒子群优化算法，克服通常方法对初始值敏感容易陷入局部极值的弱点；收敛速度不依赖于待辨识和控制系统的维数，极大地提高了收敛速度；不需计算权值的动态导数，降低了算法的计算复杂性；控制器的结构和参数可以根据具体的训练过程来调整，实现了控制器的全自动设计。

本发明是通过以下技术方案实现的：

(1)假设在一个D维的目标搜索空间中，有m个粒子组成一个群落，其中第i个粒子表示为一个D维的向量X_i＝(x_i1，x_i2，…，x_iD)，i＝1，2，…，m即第i个粒子在D维搜索空间中的位置是X_i。换言之，每个粒子的位置就是一个潜在的解。将X_i带入一个目标函数就可以计算出其适应值，根据适应值的大小衡量解的优劣。第i个粒子的“飞翔”速度也是一个D维的向量，记为V_i＝(v_i1，v_i2，…，v_iD)。记第i个粒子迄今为止搜索到的最优位置为P_i＝(p_i1，p_i2，…，p_iD)，整个粒子群迄今为止搜索到的最优位置为P_g＝(p_g1，p_g2，…，p_gD)。对粒子可按下列公式操作：

V_i(k+1)＝wV_i(k)+c₁r₁(P_i-X_i(k))/Δt+c₂r₂(P_g-X_i(k))/Δt(1)

X_i(k+1)＝X_i(k)+V_i(k+1)Δt(2)

其中，w为惯性权重，其值也可以自适应调整，随着迭代的进行线性的减小，c₁和c₂为调节P_i和P_g相对重要性的参数，r₁和r₂是介于[0，1]之间的随机数。V_i∈[-V_max，V_max]，V_max是常数，由具体问题设定，Δt是时间间隔，通常取为单位时间。