[发明专利]四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法和系统

说明书

本发明涉及一种四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法和系统，通过获取四电机联动系统的结构系数和性能系数；根据结构系数和性能系数，以电机转动惯量为优化目标，以电机转动惯量的上界、电机转动惯量的下界、传动力矩、传动力矩与四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化输入量间的差值为约束条件，构建一体化性能指标模型；采用细菌觅食优化算法，确定一体化性能指标模型中电机转动惯量的最小值；采用电机转动惯量的最小值，对四电机联动系统中的电机进行驱动控制。本发明提供的四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法和系统，能够高效、可靠地得到四电机联动系统的全局最优参数，以实现对四电机联动系统的精确控制。

技术领域

本发明涉及机电控制技术领域，特别是涉及一种四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法和系统。

背景技术

多电机驱动系统是在单电机驱动结构基础上增加了驱动电机的个数，驱动电机与负载之间靠齿轮箱连接，由多个电机共同驱动一个共同的负载。一体化设计作为系统的预设计过程，能够为系统的相关元件的选取提供依据和参考。如电机型号的选取，传动装置刚度大小等。多电机系统中，负载的大小直接反映了系统的驱动能力。负载越大，需要驱动电机提供的驱动力矩也就越大；反之，所选驱动电机惯量越小，所能驱动的负载也就越小。通过参数优化设计，能够反映负载大小与控制输入的直接关系，为电机选取以及系统驱动能力设计等其他方面的结构、控制设计提供依据。结构/控制一体化设计方法能够处理结构设计与控制设计之间的耦合，同时设计结构参数与控制器参数，从而能够提高系统的控制性能。Perez等将一体化设计方法应用到了空间飞行器的柔性机构设计中，得到了控制系统的全局最优解。Shirazi等采用线性矩阵不等式迭代方法对风力涡轮机进行了一体化设计，提高了闭环系统的性能。Chiang等将鲁棒控制与一体化设计方法相结合，设计了大型空间机构的控制系统，提升了系统的鲁棒性。

由于一体化优化问题由结构优化和控制器优化共同组成，其目标函数往往呈非凸特性。这给一体化问题的求解带来了难度。为降低一体化问题的求解难度，高效且可靠地得到系统的全局最优解，常选用整体优化和嵌套式优化两种优化策略。Alyaqout等比较了几种优化策略的优劣，并指出嵌套式优化策略能够较好的解决一体化设计的优化问题，同时计算量较小，物理意义明确，能够高效地获得一体化设计的最优解。由Passino提出的细菌觅食算法(Bacterial Foraging Optimization,BFO)，模拟大肠杆菌的趋化性、群体繁殖、消除和扩散过程，由趋化、繁殖、迁徙3个循环过程组成。储颖等将细菌觅食算法应用到了图像压缩中，结合BP神经网络和细菌觅食算法，克服了BP神经网络容易陷入局部最优的缺点。Wang提出基于细菌群优化的特征选择算法，将细菌觅食算法与加权特征选择策略相结合，根据两个矩阵对特征进行分类，降低了分类中的特征维数。选取最小化特征数量和最小化计算成本等性能指标，对算法性能进行测试，实验表明了所提出的BCO算法可以有效地进行特征选择。王勇臻等针对旅行商问题，提出了离散型细菌觅食算法，设计了能够处理离散变量的趋化算子，将细菌觅食算法从连续优化发展到了离散优化问题的求解中。Subudhi针对光伏(PV)模块参数提取问题，采用细菌觅食算法，在对不同类型的PV模块条件下进行测试，实验结果展示出了细菌觅食算法的全局搜索能力，所得优化结果比粒子群算法和增强模拟退火方法更准确。崔静静等提出了自适应步长的细菌觅食算法，针对传统算法在求解高维优化问题过程中容易陷入局部最优的问题，引入了自适应步长和差分进化算子，提升了算法的求解效率。Ramyachitra针对蛋白质结构预测问题，基于面心立方晶格和疏水/极性(HP)能量模型，结合细菌觅食算法，提升了算法性能。研究结果证明该算法可以成功地应用于蛋白质结构预测。