[發明專利]用于多電機同步控制的方法

有效

• 申請號: 201610152506.3
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105680733B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 徐凱;吳磊;劉夢琪;黃碩;李和霖
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: H02P5/50
• 分類號: H02P5/50
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務所50235
• 代理人: 侯懋琪

1.一種用于多電機同步控制的方法，其特征在于：所涉及的硬件包括：中央控制器、作為被控對象的多臺電機、與多臺電機一一對應的多個主控制器、與多臺電機一一對應的多個速度控制器、與多臺電機一一對應的多個處理模塊、與多臺電機一一對應的多個速度傳感器；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，中央控制器與電機的驅動裝置連接，所述速度控制器的輸入端連接至對應的處理模塊，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電機轉速；前述的硬件形成一套控制系統；

所述方法包括：當給定速度發生變化時，

1)中央控制器通過速度傳感器對多臺電機的轉速進行檢測，獲得多個轉速值，所述多個轉速值記為多電機速度數據，然后中央控制器根據給定速度和轉速值，分別計算出各臺電機的速度偏差值；

2)中央控制器將多個速度偏差值分別發送至對應的主控制器，同時，中央控制器還將多電機速度數據同時發送至多個處理模塊；

3)某主控制器收到相應的速度偏差值后，根據速度偏差值進行PID調節并向中央控制器輸出主控制信號；

4)某處理模塊收到多電機速度數據后，按如下方法進行處理：將多電機速度數據中與該處理模塊所對應電機匹配的轉速值記為基準值，多電機速度數據中除基準值以外的其余多個轉速值記為參考值；

1]處理模塊將基準值與多個參考值逐一進行比較，獲得多個速度誤差值ε_i(t)，i為單個基準值所對應的速度誤差值的序號；

2]處理模塊根據下式計算出誤差絕對值之和ε_ji(t)，j為該處理模塊所對應電機的序號：

ϵji(t)=Σi=1n|ϵi(t)|]]>

其中，n為單個基準值所對應的速度誤差值ε_i(t)的數量，電機數量即為n+1；

3]處理模塊將ε_ji(t)輸出至對應的速度控制器，速度控制器根據ε_ji(t)進行PID調節并向中央控制器輸出補償控制信號；

5)中央控制器將互相匹配的主控制信號和補償控制信號進行疊加后獲得相應電機的驅動信號，然后，中央控制器將驅動信號發送至對應的驅動裝置，驅動裝置根據驅動信號對電機的轉速進行調節；待電機進入穩態運行后，中央控制器控制速度控制器停止運行，中央控制器直接將主控制信號輸出至驅動裝置；

多個速度控制器投入運行前，采用遺傳算法對多個速度控制器進行同時整定，同時整定的方法如下：

1)單個速度控制器中用于PID調節的控制參數有比例、積分和微分三種，根據電機性能分別為三種控制參數設定取值范圍，根據各個控制參數取值范圍的上限，確定各個控制參數所對應的二進制碼的長度，單個控制參數所對應的二進制碼即形成一個基因；將單個速度控制器所對應的三個基因排列在一起形成一個基因段，將多個速度控制器對應的多個基因段排列在一起形成一個同步調節染色體，為同步調節染色體中的各個基因賦上初值后，所述同步調節染色體即形成一個同步調節個體，采用隨機賦值方式，獲得多個同步調節個體，多個同步調節個體即形成同步調節初始種群，計算出同步調節初始種群中各個同步調節個體所對應的適應度值f；

2)通過仿真試驗，模擬多電機在給定速度發生變化時的動態調節過程，試驗過程中，采用遺傳算法對同步調節初始種群進行迭代處理，找到適應度值f最大的同步調節個體，適應度值f最大的同步調節個體記為最終個體；

3)對最終個體進行解碼處理，將最終個體中的各個基因還原為相應的控制參數，將控制參數存儲至對應的速度控制器中，整定過程完成；

所述適應度值f的表達式為：

f＝1/J_ITAE

其中，J_ITAE為ITAE性能指標函數；

J_ITAE的表達式為：

JITAE=∫0TΣj=1n+1t·ϵji(t)dt]]>

其中，t為時間，T為仿真試驗中速度同步調節過程的時間長度。

2.根據權利要求1所述的用于多電機同步控制的方法，其特征在于：所述控制系統中設置有多個補償模塊和多個轉矩傳感器；多個補償模塊與多臺電機一一對應，單個補償模塊由三個補償器組成，三個補償器分別記為輕擾補償器、中擾補償器和重擾補償器；三個補償器的輸入端均與處理模塊連接，三個補償器的輸出端均與中央控制器連接；轉矩傳感器與中央控制器連接，多個轉矩傳感器與多臺電機一一對應，轉矩傳感器用于檢測電機的轉矩值；

在運行過程中，中央控制器通過轉矩傳感器對電機的轉矩值進行實時檢測，當轉矩值大于T_min小于T₁時，中央控制器控制相應電機的輕擾補償器啟動，當轉矩值大于等于T₁小于T₂時，中央控制器控制相應電機的中擾補償器啟動，當轉矩值大于等于T₂小于T_max時，中央控制器控制相應電機的重擾補償器啟動；

當某一電機的三個補償器中的一者啟動時，此電機記為被擾動電機，此時，中央控制器按擾動補償方法獲取擾動補償信號，并將擾動補償信號與主控制信號進行疊加后輸出至被擾動電機的驅動裝置；

所述擾動補償方法包括：

A)中央控制器將多電機速度數據發送至被擾動電機所對應的處理模塊；

B)被擾動電機所對應的處理模塊收到多電機速度數據后，按如下方法進行處理：多電機速度數據中與被擾動電機匹配的轉速值記為待補償轉速值，多電機速度數據中除待補償轉速值以外的其余多個轉速值記為對比值；

a]處理模塊將待補償轉速值與多個對比值逐一進行比較，獲得多個速度對比值k為單個待補償轉速值所對應的速度對比值的序號；

b]處理模塊根據下式計算出多個速度對比值的絕對值之和ε^*(t)：

ϵ*(t)=Σk=1m|ϵk*(t)|]]>

其中，m為速度對比值的數量；

c]處理模塊將ε^*(t)輸出至對應的補償器，補償器根據ε^*(t)進行PID調節并向中央控制器輸出擾動補償信號；

待電機恢復穩態運行后，中央控制器控制相應補償器停止運行；

控制系統中的多個補償器投入運行前，采用遺傳算法對多個補償器逐一進行整定，整定的方法如下：

1)單個補償器中用于PID調節的調節參數有比例、積分和微分三種，根據電機性能分別為三種調節參數設定取值范圍，根據各個調節參數取值范圍的上限，確定各個調節參數所對應的二進制碼的長度，單個調節參數所對應的二進制碼即形成一個子段；將單個補償器所對應的三個子段排列在一起形成一個擾動調節染色體，為擾動調節染色體中的各個子段賦上初值后，所述擾動調節染色體即形成一個擾動調節個體，采用隨機賦值方式，獲得多個擾動調節個體，多個擾動調節個體即形成擾動調節初始種群，計算出擾動調節初始種群中各個擾動調節個體所對應的適應度值f₁；

2)通過仿真試驗，模擬電機在相應擾動條件下的動態調節過程，試驗過程中，采用遺傳算法對擾動調節初始種群進行迭代處理，找到適應度值f₁最大的擾動調節個體，適應度值f₁最大的擾動調節個體記為最優個體；

3)對最優個體進行解碼處理，將最優個體中的各個子段還原為相應的調節參數，將調節參數存儲至對應的補償器中，整定完成；

所述適應度值f₁的表達式為：

f1=1/JITAE*]]>

其中，為ITAE性能指標函數；

的表達式為：

JITAE*=∫0T1t·ϵ*(t)dt]]>

其中，t為時間，T1為仿真試驗中擾動補償調節過程的時間長度。