[发明专利]用于多电机同步控制的方法有效
申请号: | 201610152506.3 | 申请日: | 2016-03-17 |
公开(公告)号: | CN105680733B | 公开(公告)日: | 2018-05-04 |
发明(设计)人: | 徐凯;吴磊;刘梦琪;黄硕;李和霖 | 申请(专利权)人: | 重庆交通大学 |
主分类号: | H02P5/50 | 分类号: | H02P5/50 |
代理公司: | 重庆乾乙律师事务所50235 | 代理人: | 侯懋琪 |
地址: | 402247 重*** | 国省代码: | 重庆;85 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 电机 同步 控制 方法 | ||
1.一种用于多电机同步控制的方法,其特征在于:所涉及的硬件包括:中央控制器、作为被控对象的多台电机、与多台电机一一对应的多个主控制器、与多台电机一一对应的多个速度控制器、与多台电机一一对应的多个处理模块、与多台电机一一对应的多个速度传感器;所述主控制器、处理模块和速度传感器都连接至中央控制器,中央控制器与电机的驱动装置连接,所述速度控制器的输入端连接至对应的处理模块,速度控制器的输出端连接至中央控制器,所述速度传感器用于检测电机转速;前述的硬件形成一套控制系统;
所述方法包括:当给定速度发生变化时,
1)中央控制器通过速度传感器对多台电机的转速进行检测,获得多个转速值,所述多个转速值记为多电机速度数据,然后中央控制器根据给定速度和转速值,分别计算出各台电机的速度偏差值;
2)中央控制器将多个速度偏差值分别发送至对应的主控制器,同时,中央控制器还将多电机速度数据同时发送至多个处理模块;
3)某主控制器收到相应的速度偏差值后,根据速度偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号;
4)某处理模块收到多电机速度数据后,按如下方法进行处理:将多电机速度数据中与该处理模块所对应电机匹配的转速值记为基准值,多电机速度数据中除基准值以外的其余多个转速值记为参考值;
1]处理模块将基准值与多个参考值逐一进行比较,获得多个速度误差值εi(t),i为单个基准值所对应的速度误差值的序号;
2]处理模块根据下式计算出误差绝对值之和εji(t),j为该处理模块所对应电机的序号:
其中,n为单个基准值所对应的速度误差值εi(t)的数量,电机数量即为n+1;
3]处理模块将εji(t)输出至对应的速度控制器,速度控制器根据εji(t)进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号;
5)中央控制器将互相匹配的主控制信号和补偿控制信号进行叠加后获得相应电机的驱动信号,然后,中央控制器将驱动信号发送至对应的驱动装置,驱动装置根据驱动信号对电机的转速进行调节;待电机进入稳态运行后,中央控制器控制速度控制器停止运行,中央控制器直接将主控制信号输出至驱动装置;
多个速度控制器投入运行前,采用遗传算法对多个速度控制器进行同时整定,同时整定的方法如下:
1)单个速度控制器中用于PID调节的控制参数有比例、积分和微分三种,根据电机性能分别为三种控制参数设定取值范围,根据各个控制参数取值范围的上限,确定各个控制参数所对应的二进制码的长度,单个控制参数所对应的二进制码即形成一个基因;将单个速度控制器所对应的三个基因排列在一起形成一个基因段,将多个速度控制器对应的多个基因段排列在一起形成一个同步调节染色体,为同步调节染色体中的各个基因赋上初值后,所述同步调节染色体即形成一个同步调节个体,采用随机赋值方式,获得多个同步调节个体,多个同步调节个体即形成同步调节初始种群,计算出同步调节初始种群中各个同步调节个体所对应的适应度值f;
2)通过仿真试验,模拟多电机在给定速度发生变化时的动态调节过程,试验过程中,采用遗传算法对同步调节初始种群进行迭代处理,找到适应度值f最大的同步调节个体,适应度值f最大的同步调节个体记为最终个体;
3)对最终个体进行解码处理,将最终个体中的各个基因还原为相应的控制参数,将控制参数存储至对应的速度控制器中,整定过程完成;
所述适应度值f的表达式为:
f=1/JITAE
其中,JITAE为ITAE性能指标函数;
JITAE的表达式为:
其中,t为时间,T为仿真试验中速度同步调节过程的时间长度。
2.根据权利要求1所述的用于多电机同步控制的方法,其特征在于:所述控制系统中设置有多个补偿模块和多个转矩传感器;多个补偿模块与多台电机一一对应,单个补偿模块由三个补偿器组成,三个补偿器分别记为轻扰补偿器、中扰补偿器和重扰补偿器;三个补偿器的输入端均与处理模块连接,三个补偿器的输出端均与中央控制器连接;转矩传感器与中央控制器连接,多个转矩传感器与多台电机一一对应,转矩传感器用于检测电机的转矩值;
在运行过程中,中央控制器通过转矩传感器对电机的转矩值进行实时检测,当转矩值大于Tmin小于T1时,中央控制器控制相应电机的轻扰补偿器启动,当转矩值大于等于T1小于T2时,中央控制器控制相应电机的中扰补偿器启动,当转矩值大于等于T2小于Tmax时,中央控制器控制相应电机的重扰补偿器启动;
当某一电机的三个补偿器中的一者启动时,此电机记为被扰动电机,此时,中央控制器按扰动补偿方法获取扰动补偿信号,并将扰动补偿信号与主控制信号进行叠加后输出至被扰动电机的驱动装置;
所述扰动补偿方法包括:
A)中央控制器将多电机速度数据发送至被扰动电机所对应的处理模块;
B)被扰动电机所对应的处理模块收到多电机速度数据后,按如下方法进行处理:多电机速度数据中与被扰动电机匹配的转速值记为待补偿转速值,多电机速度数据中除待补偿转速值以外的其余多个转速值记为对比值;
a]处理模块将待补偿转速值与多个对比值逐一进行比较,获得多个速度对比值k为单个待补偿转速值所对应的速度对比值的序号;
b]处理模块根据下式计算出多个速度对比值的绝对值之和ε*(t):
其中,m为速度对比值的数量;
c]处理模块将ε*(t)输出至对应的补偿器,补偿器根据ε*(t)进行PID调节并向中央控制器输出扰动补偿信号;
待电机恢复稳态运行后,中央控制器控制相应补偿器停止运行;
控制系统中的多个补偿器投入运行前,采用遗传算法对多个补偿器逐一进行整定,整定的方法如下:
1)单个补偿器中用于PID调节的调节参数有比例、积分和微分三种,根据电机性能分别为三种调节参数设定取值范围,根据各个调节参数取值范围的上限,确定各个调节参数所对应的二进制码的长度,单个调节参数所对应的二进制码即形成一个子段;将单个补偿器所对应的三个子段排列在一起形成一个扰动调节染色体,为扰动调节染色体中的各个子段赋上初值后,所述扰动调节染色体即形成一个扰动调节个体,采用随机赋值方式,获得多个扰动调节个体,多个扰动调节个体即形成扰动调节初始种群,计算出扰动调节初始种群中各个扰动调节个体所对应的适应度值f1;
2)通过仿真试验,模拟电机在相应扰动条件下的动态调节过程,试验过程中,采用遗传算法对扰动调节初始种群进行迭代处理,找到适应度值f1最大的扰动调节个体,适应度值f1最大的扰动调节个体记为最优个体;
3)对最优个体进行解码处理,将最优个体中的各个子段还原为相应的调节参数,将调节参数存储至对应的补偿器中,整定完成;
所述适应度值f1的表达式为:
其中,为ITAE性能指标函数;
的表达式为:
其中,t为时间,T1为仿真试验中扰动补偿调节过程的时间长度。
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