[發(fā)明專利]一種電機控制器參數(shù)的多目標優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112000016A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 譚草;葛文慶;李波;孫賓賓;陸佳瑜;黎德祥
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種電機控制器參數(shù)的多目標優(yōu)化方法，屬于電機控制領域。本發(fā)明在建立電機控制系統(tǒng)的基礎上，以系統(tǒng)控制器參數(shù)為優(yōu)化變量，優(yōu)化目標同時包括靜態(tài)性能指標與動態(tài)性能指標：ITAE準則，正弦信號跟蹤下的相移量，階躍信號下的超調量；采用多目標優(yōu)化算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化，求解Pareto前沿，最后結合控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣選擇最終控制參數(shù)。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)單目標優(yōu)化方法，兼顧控制系統(tǒng)的多個性能；相對于傳統(tǒng)多目標優(yōu)化方法，同時考慮正弦輸入信號下軌跡跟蹤性能、階躍輸入信號下控制系統(tǒng)性能以及控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣，提高了電機控制器參數(shù)調節(jié)的效率以及適用性。

技術領域

本發(fā)明涉及電機控制技術領域，尤其涉及電機控制器參數(shù)的優(yōu)化方法。

背景技術

隨著現(xiàn)代化科學技術的發(fā)展，電機備受關注，已經廣泛應用于軍事、航空航天、機器人運動及現(xiàn)代機床等領域。不管是直線電機還是旋轉電機，控制器設計都是決定電機系統(tǒng)性能的關鍵。

電機控制器設計中，不管是傳統(tǒng)的PID控制，還是現(xiàn)代非線性控制應用于電機控制，如滑模變結構控制、自適應控制、模糊滑模控制等，都需要對控制器參數(shù)進行調節(jié)。傳統(tǒng)的參數(shù)調節(jié)依靠開發(fā)者的經驗，且只能對控制器參數(shù)進行逐個調節(jié)。為提高參數(shù)調節(jié)的效率，離線或者在線的控制器參數(shù)優(yōu)化方法，得到了大量應用。由于離線的控制器參數(shù)優(yōu)化不占用實際控制器資源，有利于減小產品的成本，相對于在線控制器參數(shù)優(yōu)化得到了更廣泛的應用。然而，現(xiàn)有的離線控制器參數(shù)優(yōu)化方法多是針對單一優(yōu)化目標，或者僅僅針對某一種控制輸入下的多個優(yōu)化目標，使得優(yōu)化得到的控制器參數(shù)的適應性較低，難以應對電機眾多的工況需求。

本發(fā)明的一種電機控制器參數(shù)的多目標優(yōu)化方法，采用ITAE準則，正弦信號跟蹤下的相移量，階躍信號下的超調量作為優(yōu)化目標，采用多目標優(yōu)化算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化，求解Pareto前沿，最后結合控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣選擇最終控制參數(shù)。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)多目標優(yōu)化方法，同時考慮正弦輸入信號下軌跡跟蹤性能、階躍輸入信號下控制系統(tǒng)性能以及控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣，提高了電機控制器參數(shù)調節(jié)的效率以及適用性。

發(fā)明內容

設計一種電機控制器參數(shù)的多目標優(yōu)化方法目的在于，采用ITAE準則，正弦信號跟蹤下的相移量，階躍信號下的超調量作為優(yōu)化目標，采用多目標優(yōu)化算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化，求解Pareto前沿，最后結合控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣選擇最終控制器參數(shù)，提高了電機控制器參數(shù)調節(jié)的效率以及適用性。

一種電機控制器參數(shù)的多目標優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)實際需求建立電機控制系統(tǒng)，明確控制器輸入量、輸出量；

步驟2、設置控制器參數(shù)為優(yōu)化變量，設置優(yōu)化變量的取值范圍；

步驟3、設置ITAE準則，正弦信號跟蹤下的相移量，階躍信號下的超調量為優(yōu)化目標，設置控制器約束條件；

步驟4、初始化多目標優(yōu)化算法的參數(shù)，初始化優(yōu)化變量；

步驟5、計算優(yōu)化目標值與約束條件；

步驟6、如不滿足終止條件，則更新多目標優(yōu)化算法的參數(shù)以及優(yōu)化變量，回到步驟5；

步驟7、如滿足終止條件，輸出Pareto解集，獲得Pareto前沿解；

步驟8、計算控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣；

步驟9、結合Pareto前沿解、控制器參數(shù)與優(yōu)化目標的相關系數(shù)矩陣選取最終控制器參數(shù)。

所述步驟3中ITAE準則，正弦信號跟蹤下的相移量S，階躍信號下的超調量σ的計算方法分別如下列式子所示：

（1）