SOA算法在数控机床进给伺服系统PID参数整定中的应用

摘要

随着社会逐渐步入工业化时代，数控机床成为越来越重要的生产设备。然而在数控机床的工作效率通常决定于其进给伺服系统中控制器的控制参数。因此，如何高效地对其控制参数进行整定成为工业生产重要的研究部分。
　　论文以数控机床进给伺服系统参数智能化整定研究为对象，首先建立了永磁交流同步电机和数控机床进给伺服系统的数学模型，分析了矢量控制和磁场定向的基本原理。为了解决控制系统中控制器参数智能整定问题，将人群搜索算法应用于数控机床进给伺服系统控制器的参数整定中，然后对该系统进行参数的仿真整定。整定过程中选择了在不同种群数量和不同迭代次数的条件下，对该算法进行性能研究，研究结果发现，要想得到最佳的整定效果，其他各项条件保持不变时，种群数量与迭代次数的过大或过小都会对算法的性能造成不良影响。因此，在进行种群数量和迭代次数的选取时必须选择一个最佳数值。为了说明该算法的优越性，将人群搜索算法与另外一种常用的智能算法粒子群算法进行仿真对比，从实验结果得知，利用两种算法实现数控机床进给伺服系统的控制参数智能化整定时，人群搜索算法具有整定效率高，抗干扰性能强等优点。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 PID参数整定的常规方案

1.2.2 智能 PID 参数整定方法

1.3 本文主要内容

2 SOA算法及PID控制原理

2.1 SOA算法基本原理

2.1.1 利己行为

2.1.2 利他行为

2.1.3 预动行为

2.1.4 不确定性行为

2.2 SOA算法的数学模型

2.2.1 搜索步长的确定

2.2.2 搜索方向的确定

2.2.3 搜索个体方位的变换

2.2.4 算法的实现

2.3 PID控制原理

2.3.1 PID控制模型

2.3.2 PID的离散化处理

2.3.3 PID控制系统的性能指标

2.3.4 PID参数整定方法

2.4 本章小结

3 SOA算法在数控机床进给伺服系统PID参数整定中的应用分析

3.1 数控机床进给伺服系统的数学模型及其传递函数

3.1.1 矢量变换原理

3.1.2 同步旋转坐标上的PMSM数学坐标

3.1.3 矢量控制原理

3.1.4 磁场定向定理

3.1.5 磁场定向的控制方式下的PMSM进给伺服系统模型

3.1.6 数控机床进给伺服系统数学模型的传递函数

3.2 基于SOA算法下的PID参数整定设计方案

3.2.1 参数的编码

3.2.2 适应度函数的选取

3.2.3 SOA算法流程

3.3 基于SOA算法对数控机床进给伺服系统PID参数的整定

3.3.1 不同种群数量下的参数整定研究

3.3.2 不同迭代次数下的参数整定研究

3.3.3 两种不同算法下的参数整定比较

3.4 本章小结

4 总结与展望

4.1 总结

4.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

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