用于多電機(jī)同步控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多電機(jī)同步控制技術(shù)，尤其涉及一種用于多電機(jī)同步控制的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有多電機(jī)控制系統(tǒng)中，通常為每臺(tái)電機(jī)配備兩個(gè)控制器，其中一個(gè)控制器作為 主控制器，用于調(diào)節(jié)各臺(tái)電機(jī)自身的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能；另一個(gè)控制器作為同步補(bǔ)償器， 用于在給定速度發(fā)生變化時(shí)，讓多電機(jī)之間不失調(diào)，并保持良好的同步控制精度;多電機(jī)同 步控制系統(tǒng)普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸中，在工業(yè)生產(chǎn)中，如連鑄機(jī)、乳鋼機(jī)、造紙機(jī)、 紡織業(yè)的染整機(jī)等，這些生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品質(zhì)量和效率，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步性能密切相關(guān)，要 求多電機(jī)控制系統(tǒng)具備較高的同步精度;又如交通領(lǐng)域中的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，需要對(duì) 四臺(tái)輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速的一致性進(jìn)行協(xié)調(diào)，電動(dòng)車在前進(jìn)過(guò)程中如果四個(gè)車輪轉(zhuǎn)速不同并得不 到及時(shí)的糾正，就會(huì)引起電動(dòng)車向轉(zhuǎn)速較慢的那一方轉(zhuǎn)向。若四輪車速相差較大，則會(huì)引起 車輛行駛的不穩(wěn)定。
[0003] 前述的用于多電機(jī)控制系統(tǒng)的同步補(bǔ)償器，一般采用工業(yè)上常用的PID(比例、積 分和微分)控制器，PID控制器投入使用前，需要對(duì)PID控制器的內(nèi)置參數(shù)進(jìn)行整定，現(xiàn)有技 術(shù)存在如下兩個(gè)方面問(wèn)題:首先，對(duì)于多電機(jī)控制系統(tǒng)中的同步補(bǔ)償器，一般采用經(jīng)驗(yàn)試湊 法對(duì)每個(gè)同步補(bǔ)償器進(jìn)行單獨(dú)整定，雖然這樣可以很好地匹配單臺(tái)電機(jī)的參數(shù)性能，但在 多電機(jī)控制系統(tǒng)中，由于多臺(tái)電機(jī)在一起協(xié)同工作，各臺(tái)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速之間相互聯(lián)系、相互 影響，顯然，現(xiàn)有的單獨(dú)整定方式無(wú)法兼顧各臺(tái)電機(jī)之間的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致多電機(jī)控制系統(tǒng)的 同步性較差;另外，現(xiàn)有的同步補(bǔ)償器需要解決在不同速度給定情況和內(nèi)、外界擾動(dòng)不同情 況下的同步問(wèn)題，但速度給定和內(nèi)、外界擾動(dòng)是兩種性質(zhì)截然不同的信號(hào)，而僅采用一個(gè) PID控制器，難以對(duì)這兩種性質(zhì)不同的輸入信號(hào)均作兼顧，不能進(jìn)一步提高多電機(jī)的同步控 制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于多電機(jī)同步控制的方法，其創(chuàng)新 在于:所涉及的硬件包括：中央控制器、作為被控對(duì)象的多臺(tái)電機(jī)、與多臺(tái)電機(jī)--對(duì)應(yīng)的 多個(gè)主控制器、與多臺(tái)電機(jī)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)速度控制器、與多臺(tái)電機(jī)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)處理 模塊、與多臺(tái)電機(jī) 對(duì)應(yīng)的多個(gè)速度傳感器;所述主控制器、處理模塊和速度傳感器都連 接至中央控制器，中央控制器與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述速度控制器的輸入端連接至對(duì) 應(yīng)的處理模塊，速度控制器的輸出端連接至中央控制器，所述速度傳感器用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn) 速;前述的硬件形成一套控制系統(tǒng)；
[0005] 所述方法包括:當(dāng)給定速度發(fā)生變化時(shí)，
[0006] 1)中央控制器通過(guò)速度傳感器對(duì)多臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，獲得多個(gè)轉(zhuǎn)速值，所 述多個(gè)轉(zhuǎn)速值記為多電機(jī)速度數(shù)據(jù)，然后中央控制器根據(jù)給定速度和轉(zhuǎn)速值，分別計(jì)算出 各臺(tái)電機(jī)的速度偏差值；
[0007] 2)中央控制器將多個(gè)速度偏差值分別發(fā)送至對(duì)應(yīng)的主控制器，同時(shí)，中央控制器 還將多電機(jī)速度數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送至多個(gè)處理模塊；
[0008] 3)某主控制器收到相應(yīng)的速度偏差值后，根據(jù)速度偏差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)并向中央 控制器輸出主控制信號(hào)；
[0009] 4)某處理模塊收到多電機(jī)速度數(shù)據(jù)后，按如下方法進(jìn)行處理:將多電機(jī)速度數(shù)據(jù) 中與該處理模塊所對(duì)應(yīng)電機(jī)匹配的轉(zhuǎn)速值記為基準(zhǔn)值，多電機(jī)速度數(shù)據(jù)中除基準(zhǔn)值以外的 其余多個(gè)轉(zhuǎn)速值記為參考值；
[0010] 1]處理模塊將基準(zhǔn)值與多個(gè)參考值逐一進(jìn)行比較，獲得多個(gè)速度誤差值￡i(t)，i 為單個(gè)基準(zhǔn)值所對(duì)應(yīng)的速度誤差值的序號(hào)；
[0011] 2]處理模塊根據(jù)下式計(jì)算出誤差絕對(duì)值之和￡jl(t)，j為該處理模塊所對(duì)應(yīng)電機(jī)的
序號(hào)：
[0012]
[0013] 具中，η為早個(gè)基準(zhǔn)值所對(duì)應(yīng)的速度誤差值￡i(t)的數(shù)量，電機(jī)數(shù)量即為n+1;
[0014] 3]處理模塊將￡jl(t)輸出至對(duì)應(yīng)的速度控制器，速度控制器根據(jù)￡jl(t)進(jìn)行PID調(diào) 節(jié)并向中央控制器輸出補(bǔ)償控制信號(hào)；
[0015] 5)中央控制器將互相匹配的主控制信號(hào)和補(bǔ)償控制信號(hào)進(jìn)行疊加后獲得相應(yīng)電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后，中央控制器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié);待電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，中央控制器控制速度控制器停止運(yùn)行， 中央控制器直接將主控制信號(hào)輸出至驅(qū)動(dòng)裝置(穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，僅由主控制器輸出主控制信 號(hào)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制）；
[0016] 多個(gè)速度控制器投入運(yùn)行前，采用遺傳算法對(duì)多個(gè)速度控制器進(jìn)行同時(shí)整定，同 時(shí)整定的方法如下：
[0017] 1)單個(gè)速度控制器中用于PID調(diào)節(jié)的控制參數(shù)有比例、積分和微分三種，根據(jù)電機(jī) 性能分別為三種控制參數(shù)設(shè)定取值范圍（具體設(shè)定時(shí)，可根據(jù)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或 經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定），根據(jù)各個(gè)控制參數(shù)取值范圍的上限，確定各個(gè)控制參數(shù)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼 的長(zhǎng)度，單個(gè)控制參數(shù)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼即形成一個(gè)基因；將單個(gè)速度控制器所對(duì)應(yīng)的三 個(gè)基因排列在一起形成一個(gè)基因段，將多個(gè)速度控制器對(duì)應(yīng)的多個(gè)基因段排列在一起形成 一個(gè)同步調(diào)節(jié)染色體，為同步調(diào)節(jié)染色體中的各個(gè)基因賦上初值后，所述同步調(diào)節(jié)染色體 即形成一個(gè)同步調(diào)節(jié)個(gè)體，采用隨機(jī)賦值方式，獲得多個(gè)同步調(diào)節(jié)個(gè)體，多個(gè)同步調(diào)節(jié)個(gè)體 即形成同步調(diào)節(jié)初始種群，計(jì)算出同步調(diào)節(jié)初始種群中各個(gè)同步調(diào)節(jié)個(gè)體所對(duì)應(yīng)的適應(yīng)值 f;
[0018] 2)通過(guò)仿真試驗(yàn)，模擬多電機(jī)在給定速度發(fā)生變化時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程，試驗(yàn)過(guò)程 中，采用遺傳算法對(duì)同步調(diào)節(jié)初始種群進(jìn)行迭代處理(所述迭代處理包括復(fù)制、交叉和變異 過(guò)程，基于遺傳算法的公知性，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，迭代處理過(guò)程中，滿足收斂條件 時(shí)，迭代處理結(jié)束），找到適應(yīng)值f最大的同步調(diào)節(jié)個(gè)體，適應(yīng)值f最大的同步調(diào)節(jié)個(gè)體記為 最終個(gè)體；
[0019] 3)對(duì)最終個(gè)體進(jìn)行解碼處理（即將二進(jìn)制碼解碼為具體的控制參數(shù)），將最終個(gè)體 中的各個(gè)基因還原為相應(yīng)的控制參數(shù)，將控制參數(shù)存儲(chǔ)至對(duì)應(yīng)的速度控制器中，整定過(guò)程 完成；
[0020] 所述適應(yīng)值f的表達(dá)式為：
[0021] f = 1/Jitae
[0022] 其中，JITAE為ITAE性能指標(biāo)函數(shù)；
[0023] Jitae的表達(dá)式為：
[0024]
[0025] 其中，t為時(shí)間，T為仿真試驗(yàn)中速度同步調(diào)節(jié)過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)度。
[0026]前述方案的原理是：
[0027]從前面的方案中可以看出，本發(fā)明控制系統(tǒng)中用于多臺(tái)電機(jī)的多個(gè)速度控制器， 采用同時(shí)整定的方式進(jìn)行整定，同時(shí)整定過(guò)程中，控制參數(shù)調(diào)整的最終目標(biāo)是使多臺(tái)電機(jī) 的同步性能最佳，而現(xiàn)有技術(shù)的單獨(dú)整定方式，僅能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)最佳，而這種以 單臺(tái)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)最佳為目的所整定出的參數(shù)未必能夠滿足多臺(tái)電機(jī)同步性最佳的要求， 由此可以看出，采用本發(fā)明方案后，在進(jìn)行整定時(shí)，從整體上考慮了多電機(jī)控制系統(tǒng)的同步 性，以統(tǒng)一方式對(duì)多臺(tái)電機(jī)的速度控制器進(jìn)行聯(lián)合整定，可以有效提高多電機(jī)運(yùn)行時(shí)的同 步性，改善控制系統(tǒng)在給定速度改變時(shí)的動(dòng)態(tài)性能；
[0028] ITAE性能指標(biāo)函數(shù)是一種工程領(lǐng)域中常見(jiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它可以較好地評(píng)價(jià)控制系 統(tǒng)的同步性能和動(dòng)態(tài)性能，將其用于遺傳算法，可以有效提高參數(shù)整定的準(zhǔn)確性。
[0029]由遺傳算法所得到的最終個(gè)體實(shí)際上是一種適應(yīng)度f(wàn)