[发明专利]一种基于粒子群优化算法的输入整形器参数自整定控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群优化算法的输入整形器参数自整定控制方法，属于共轴传动机械启动过程的驱动控制方法技术领域。

背景技术

共轴传动印刷机在启动过程中，由于采用长轴连接，轴与轴之间传输距离长、系统刚度低、负载质量重等诸多因素的影响造成了启动时会发生扭转振动，扭振现象不仅影响了启动过程的稳态时间，而且对传动轴也会带来很大的冲击，从而影响印刷机的使用寿命。

针对以上原因采用了输入整形器的方法对系统进行时域滤波，然而传统的零振荡输入整形器需要精确建模，参数间相互影响，整定困难。本发明引入粒子群优化算法对控制器参数进行优化,通过对系统进程传函变换，实现了系统信号的在线采集、离线优化、同时保持了较高地精度。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于粒子群优化算法的输入整形器参数自整定控制方法，针对共轴传动机械启动过程存在抖振问题，本发明提出的控制方法对传动机构进行前馈控制，并且经实验结果证明了这种控制方法的有效性和可行性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种基于粒子群优化算法的输入整形器参数自整定控制方法，在离线的状态下，运用粒子群优化算法对双脉冲的输入整形器进行优化，得到其最优参数，然后运用得到的最优输入整形器对执行机构前馈控制，该方法包括如下具体步骤，

S1对原始系统输入速度信号x(t)，驱动机械系统运动，运用编码器从系统输出轴采集到其速度曲线v(t)和最终稳定速度u；

S2根据系统输出轴的稳定速度u，采用粒子群优化算法得到双脉冲输入整形器的参数，双脉冲输入整形器的频域表达式为其中A_i和t_i分别是脉冲序列的幅值及其所对应的时滞，由时间最优可令t₁＝0，则得公式为：为使系统输出达到稳定速度u，添加约束方程A₁+A₂＝1,A_i＞0；

所述粒子群优化算法的过程如下，

S2.1初始化并设置输入整形器相关参数；包括A₁、A₂和t₂的取值范围，由于A₁+A₂＝1,A_i＞0，故A₂的取值范围[0～1],A₁＝1-A₂;t₂的选取比较重要，因为过大的t₂的取值范围会使粒子群算法早熟，陷入局部极小值，然而过小的取值范围优化时会漏掉最优解，要首先根据系统的模型来估算信号的延时时间，多质转动平台的延时较小，故给定t₂的取值范围为[0～5]。

设置粒子群相关参数；包括确定粒子群的规模数m=100，粒子搜索空间维数D=2（即A₂、t₂两个粒子），迭代次数k最大为60，搜索空间范围(L_d＝[0 0]、U_d＝[0 0]，即根据A₂、t₂范围确定)，学习因子c₁＝c₂＝2，惯性权重范围w_min＝0.6，第i个粒子个体最优位置为其中为所有中的最优（即全局最优），随机初始化每个粒子的位置和速度_；

S2.2将每个粒子的位置向量依次作为输入整形器参数，依次对采集回来的速度运动曲线进行仿真，得到仿真曲线；根据仿真曲线计算每个粒子的适应度值，并将其作为衡量粒子位置优劣的依据；设置适应度函数为

minJ=∫0∞|v(t)-u|dt+ftr]]>

式中，v(t)为仿真曲线的瞬时速度，u为系统输出轴最终稳定速度，ftr为一较大的惩罚函数值，具体定义为