[发明专利]多电机系统智能协调控制方法

权利要求书

1.一种多电机系统智能协调控制方法，其特征在于：所述多电机系统包括中央控制器、作为被控对象的多台电机、与多台电机一一对应的多个子控制器、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补偿控制器、与多台电机一一对应的多个转速传感器；

所述主控制器、子控制器和转速传感器均与中央控制器连接，所述补偿控制器的输入端与对应的子控制器连接，补偿控制器的输出端与中央控制器连接，所述中央控制器分别与多台电机的驱动装置连接；所述转速传感器设置在电机上，转速传感器用于检测电机转速；

多电机系统运行时，按如下方法进行控制：

设电机的数量为n台，用1至n的阿拉伯数字对多台电机进行编号，k号电机所对应的主控制器、子控制器和补偿控制器分别记为k号主控制器、k号子控制器和k号补偿控制器，k＝1、2、3……n；

当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过转速传感器对各台电机的当前转速进行检测，对应1至n号电机的转速值分别记为转速值1、转速值2……转速值n；然后中央控制器根据给定速度和多个转速值，分别计算出给定速度与各个转速值之间的偏差值，对应1至n号电机的偏差值分别记为偏差值1、偏差值2、偏差值3……偏差值n；

2)中央控制器将多个偏差值分别发送至相应的主控制器，同时，中央控制器按如下方法将转速值发送至子控制器：对于k号子控制器，当k＝n时，中央控制器将转速值1和转速值n发送至该子控制器；当k≠n时，中央控制器将转速值k和转速值k+1发送至该子控制器；

3)主控制器收到偏差值后，根据偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号，对应1至n号电机的主控制信号分别记为主控制信号1、主控制信号2……主控制信号n；

4)子控制器收到转速值后，按如下方法进行处理：

对于k号子控制器，当k＝n时，子控制器对转速值n和转速值1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；当k≠n时，子控制器对转速值k和转速值k+1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；

补偿控制器收到求差结果后，根据求差结果进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号，对应1至n号电机的补偿控制信号分别记为补偿控制信号1、补偿控制信号2……补偿控制信号n；

5)中央控制器收到主控制信号和补偿控制信号后，将序号对应的主控制信号和补偿控制信号进行叠加，获得驱动信号，对应1至n号电机的驱动信号分别记为驱动信号1、驱动信号2……驱动信号n；然后中央控制器将驱动信号发送至相应电机的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机转速进行调节，待电机进入稳态运行后，中央控制器将补偿控制器停止运行，中央控制器直接将主控制器输出的主控制信号输出至驱动装置；

所述多个补偿控制器投入运行前，按如下方法对多个主控制器和多个补偿控制器进行联合整定：

1]单个主控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种调节参数，单个补偿控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种控制参数，根据电机性能，为各个调节参数和各个控制参数分别设定取值范围，根据取值范围的上限确定各个调节参数和各个控制参数所对应的二进制码的长度，单个调节参数或单个控制参数所对应的二进制码记为一个基因，则单个主控制器和单个补偿控制器共对应有六个基因；编号相同的一个主控制器和一个补偿控制器形成一个单元，则多个主控制器和多个补偿控制器形成多个单元；单个单元所对应的六个基因排列在一起形成一个基因段，多个单元对应的多个基因段排列在一起形成一个染色体；染色体中的每个基因被赋上初值后，该染色体即形成一个调节个体，在各参数取值范围内采用随机赋值方式，获得多个调节个体，多个调节个体即形成一初始种群，计算出初始种群中各个调节个体的适应度f；

2]通过仿真试验，模拟多电机系统在给定速度发生变化时的动态调节过程，试验过程中，采用遗传算法对初始种群进行迭代处理，找到适应度f最大的调节个体，适应度f最大的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基因还原为相应的调节参数和控制参数，然后将调节参数和控制参数存储至对应的主控制器和补偿控制器中，整定过程完成；

所述适应度f的表达式为：

f＝αf₁+(1-α)f₂

其中，f₁为表征多电机系统动态性能的适应度函数，f₂为表征多电机系统同步性能的适应度函数，α为权重系数，α的取值范围为(0,1]；α的取值越趋近于0，则多电机系统的性能更偏重于多台电机之间的同步性，α的取值越趋近于1或等于1，则多电机系统的性能更偏重于电机的动态性；

f₁的表达式为：

f₁＝1/J_ITAE1

其中，J_ITAE1为对应动态性能的ITAE性能指标；

J_ITAE1的表达式为：

其中，t为时间，T为仿真试验过程中动态调节过程的时间长度；e(t)为各台电机的误差绝对值之和；

e(t)的表达式为：

其中，e_k(t)为k号电机给定速度与之输出速度之间的误差；

e_k(t)的表达式为：

e_k(t)＝ω^*(t)-ω_k(t)

其中，ω^*(t)为给定速度，ω_k(t)为k号电机的输出速度；

f₂的表达式为：

f₂＝1/J_ITAE2

其中，J_ITAE2为对应同步性能的ITAE性能指标；

J_ITAE2的表达式为：

其中，t为时间，T为仿真试验过程中动态调节过程的时间长度；ε(t)为序号相邻电机之间的误差绝对值之和；

ε(t)的表达式为：

其中，ε_k(t)为前一台电机与后一台电机的输出速度之间的误差；

当k≠n时，ε_k(t)＝ω_k(t)-ω_k+1(t)，当k＝n时，ε_n(t)＝ω_n(t)-ω₁(t)；ω_k(t)为k号电机的输出速度，ω_k+1(t)为k+1号电机的输出速度，ω_n(t)为n号电机的输出速度，ω₁(t)为1号电机的输出速度。