[发明专利]基于Smith模型和单神经元PID的时滞转子主动平衡控制系统及其方法

权利要求书

1.一种基于Smith模型和单神经元PID的时滞转子主动平衡控制系统，是应用于转子系统中，其特征是，所述时滞转子主动平衡控制系统包括：平衡头、振动传感器、Smith预估器、单神经元PID控制器和处理器；

所述振动传感器在采样时刻k获得所述转子系统的振动信号y(k)并传递给所述处理器；所述处理器在采样时刻k接收所述Smith预估器的输出信号x(k)并与所述振动信号y(k)进行比较得到差值e_m(k)；

所述处理器在采样时刻k将所述差值e_m(k)与设定的预期振动量r进行比较，得到差值r_m(k)；

所述处理器在采样时刻k接收所述Smith预估器不含时滞的输出信号x_m(k)并与差值r_m(k)进行比较，得到振幅差值e(k)；

所述处理器将所述振幅差值e(k)输入所述单神经元PID控制器中；

所述单神经元PID控制器对所述振幅差值e(k)进行状态转换处理，得到三个输入信号x_i(k)，i＝1,2,3，再根据所述三个输入信号x_i(k)，利用学习规则得到三个权值W_i(k)，从而根据所述三个输入信号x_i(k)和三个权值W_i(k)的平均值得到输出步长u(k)；

所述处理器根据所述输出步长u(k)对所述平衡头进行控制，从而利用所述平衡头实现时滞转子的主动平衡控制。

2.一种基于Smith模型和单神经元PID的时滞转子主动平衡控制方法，是应用于转子系统中，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、根据所述转子系统的动力学模型，利用式(1)建立Smith预估模型G_m(s)：

式(1)中，m表示转子的质量，k^*表示转子的弯曲刚度，c表示转子的阻尼系数，s表示传递函数的复变量；

步骤2、在采样时刻k将所述Smith预估模型G_m(s)的输出信号x_m(k)经过延时处理，得到延时输出信号x(k)；

步骤3、利用振动传感器在采样时刻k获得所述转子系统的振动信号y(k)，并与所述延时输出信号x(k)进行比较得到模型差值e_m(k)；

步骤4、在采样时刻k将模型差值e_m(k)与设定的预期振动量r进行比较，得到差值r_m(k)；

步骤5、在采样时刻k将所述Smith预估器的输出信号x_m(k)与所述差值r_m(k)进行比较，得到振幅差值e(k)；

步骤6、利用式(2)获得单神经元PID在采样时刻k的输入信号x_i(k)，i＝1,2,3：

式(2)中，当k＝1时，e(k-1)和e(k-2)均为0；当k＝2时，e(k-2)为0；

步骤7、利用式(3)获得所述输入信号x_i(k)的权值W_i(k)：

W_i(k)＝W_i(k-1)+η_ie(k-1)u(k-1)x_i(k-1) (3)

式(3)中，η_i表示第i个输入信号的学习效率；u(k)表示在采样时刻k的控制步长，当k＝1时，W_i(k-1)为初始给定的权值，u(k-1)＝0；

步骤8、利用式(4)得到平均权值

步骤7、利用式(5)得到在采样时刻k的控制步长u(k)：

步骤8、利用所述控制步长u(k)对所述转子系统进行主动平衡控制，得到所述转子系统在采样时刻k的实际振动量y(k)；

步骤9、将所述实际振动量y(k)与设定的预期振动值r进行比较，若y(k)＞r，则执行步骤10；否则，结束主动平衡控制；

步骤10、将k+1赋值给k，并返回步骤2执行。