用于多电机同步控制的方法技术

一种用于多电机同步控制的方法，其创新在于：速度控制器投入运行前，采用同时整定方式进行整定，速度控制器投入运行后，速度控制器输出的补偿控制信号与主控制器输出的主控制信号进行叠加后得到用于控制电机的驱动信号；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种多电机同步的控制方法，该方法能够有效改善多电机在动态运行时的同步精度，从而提高多电机控制系统运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多电机同步控制技术，尤其涉及一种用于多电机同步控制的方法。
技术介绍
现有多电机控制系统中，通常为每台电机配备两个控制器，其中一个控制器作为主控制器，用于调节各台电机自身的动态性能和稳态性能；另一个控制器作为同步补偿器，用于在给定速度发生变化时，让多电机之间不失调，并保持良好的同步控制精度；多电机同步控制系统普遍存在于工业生产和交通运输中，在工业生产中，如连铸机、轧钢机、造纸机、纺织业的染整机等，这些生产工艺的产品质量和效率，与驱动电机的同步性能密切相关，要求多电机控制系统具备较高的同步精度；又如交通领域中的四轮独立驱动电动车，需要对四台轮毂电机转速的一致性进行协调，电动车在前进过程中如果四个车轮转速不同并得不到及时的纠正，就会引起电动车向转速较慢的那一方转向。若四轮车速相差较大，则会引起车辆行驶的不稳定。前述的用于多电机控制系统的同步补偿器，一般采用工业上常用的PID(比例、积分和微分)控制器，PID控制器投入使用前，需要对PID控制器的内置参数进行整定，现有技术存在如下两个方面问题：首先，对于多电机控制系统中的同步补偿器，一般采用经验试凑法对每个同步补偿器进行单独整定，虽然这样可以很好地匹配单台电机的参数性能，但在多电机控制系统中，由于多台电机在一起协同工作，各台电机输出转速之间相互联系、相互影响，显然，现有的单独整定方式无法兼顾各台电机之间的关联性，导致多电机控制系统的同步性较差；另外，现有的同步补偿器需要解决在不同速度给定情况和内、外界扰动不同情况下的同步问题，但速度给定和内、外界扰动是两种性质截然不同的信号，而仅采用一个PID控制器，难以对这两种性质不同的输入信号均作兼顾，不能进一步提高多电机的同步控制精度。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种用于多电机同步控制的方法，其创新在于：所涉及的硬件包括：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主控制器、与多台电机一一对应的多个速度控制器、与多台电机一一对应的多个处理模块、与多台电机一一对应的多个速度传感器；所述主控制器、处理模块和速度传感器都连接至中央控制器，中央控制器与电机的驱动装置连接，所述速度控制器的输入端连接至对应的处理模块，速度控制器的输出端连接至中央控制器，所述速度传感器用于检测电机转速；前述的硬件形成一套控制系统；所述方法包括：当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过速度传感器对多台电机的转速进行检测，获得多个转速值，所述多个转速值记为多电机速度数据，然后中央控制器根据给定速度和转速值，分别计算出各台电机的速度偏差值；2)中央控制器将多个速度偏差值分别发送至对应的主控制器，同时，中央控制器还将多电机速度数据同时发送至多个处理模块；3)某主控制器收到相应的速度偏差值后，根据速度偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号；4)某处理模块收到多电机速度数据后，按如下方法进行处理：将多电机速度数据中与该处理模块所对应电机匹配的转速值记为基准值，多电机速度数据中除基准值以外的其余多个转速值记为参考值；1]处理模块将基准值与多个参考值逐一进行比较，获得多个速度误差值εi(t)，i为单个基准值所对应的速度误差值的序号；2]处理模块根据下式计算出误差绝对值之和εji(t)，j为该处理模块所对应电机的序号：ϵji(t)=Σi=1n|ϵi(t)|]]>其中，n为单个基准值所对应的速度误差值εi(t)的数量，电机数量即为n+1；3]处理模块将εji(t)输出至对应的速度控制器，速度控制器根据εji(t)进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号；5)中央控制器将互相匹配的主控制信号和补偿控制信号进行叠加后获得相应电机的驱动信号，然后，中央控制器将驱动信号发送至对应的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机的转速进行调节；待电机进入稳态运行后，中央控制器控制速度控制器停止运行，中央控制器直接将主控制信号输出至驱动装置(稳态运行时，仅由主控制器输出主控制信号来对电机进行控制)；多个速度控制器投入运行前，采用遗传算法对多个速度控制器进行同时整定，同时整定的方法如下：1)单个速度控制器中用于PID调节的控制参数有比例、积分和微分三种，根据电机性能分别为三种控制参数设定取值范围(具体设定时，可根据电机运转实验的实验数据或经验进行设定)，根据各个控制参数取值范围的上限，确定各个控制参数所对应的二进制码的长度，单个控制参数所对应的二进制码即形成一个基因；将单个速度控制器所对应的三个基因排列在一起形成一个基因段，将多个速度控制器对应的多个基因段排列在一起形成一个同步调节染色体，为同步调节染色体中的各个基因赋上初值后，所述同步调节染色体即形成一个同步调节个体，采用随机赋值方式，获得多个同步调节个体，多个同步调节个体即形成同步调节初始种群，计算出同步调节初始种群中各个同步调节个体所对应的适应值f；2)通过仿真试验，模拟多电机在给定速度发生变化时的动态调节过程，试验过程中，采用遗传算法对同步调节初始种群进行迭代处理(所述迭代处理包括复制、交叉和变异过程，基于遗传算法的公知性，本领域技术人员应该明白，迭代处理过程中，满足收敛条件时，迭代处理结束)，找到适应值f最大的同步调节个体，适应值f最大的同步调节个体记为最终个体；3)对最终个体进行解码处理(即将二进制码解码为具体的控制参数)，将最终个体中的各个基因还原为相应的控制参数，将控制参数存储至对应的速度控制器中，整定过程完成；所述适应值f的表达式为：f＝1/JITAE其中，JITAE为ITAE性能指标函数；JITAE的表达式为：JITAE=∫0TΣj=1n+1t·ϵji(t)dt]]>其中，t为时间，T为仿真试验中速度同步调节过程的时间长度。前述方案的原理是：从前面的方案中可以看出，本专利技术控制系统中用于多台电机的多个速度控制器，采用同时整定的方式进行整定，同时整定过程中，控制参数调整的最终目标是使多台电机的同步性能最佳，而现有技术的单独整定方式，仅能实现单台电机运行状态最佳，而这种以单台电机运行状态最佳为目的所整定出的参数未必能够满足多台电机同步性最佳的要求，由此可以看出，采用本专利技术方案后，在进行整定时，从整体上考虑了多电机控制系统的同步性，以统一方式对多台电机的速度控制器进行联合整定，可以有效提高多电机运行时的同步性，改善控制系统在给定速度改变时的动态性能；ITAE性能指标函数是一种工程领域中常见的评价指标，它可以较好地评价控制系统的同步性能和动态性能，将其用于遗传算法，可以有效提高参数整定的准确性。由遗传算法所得到的最终个体实际上是一种适应度f最大条件下的最优PID参数组合，各个速度控制器以最终个体中各自对应的控制参数来进行PID调节，当给定速度发生改变时，此时的多电机控制系统在动态过程中的同步性能是最佳的。另外，主控制器投入使用前也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多电机同步控制的方法，其特征在于：所涉及的硬件包括：中央控制器、作为被控对象的多台电机、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速度控制器、与多台电机一一对应的多个处理模块、与多台电机一一对应的多个速度传感器；所述主控制器、处理模块和速度传感器都连接至中央控制器，中央控制器与电机的驱动装置连接，所述速度控制器的输入端连接至对应的处理模块，速度控制器的输出端连接至中央控制器，所述速度传感器用于检测电机转速；前述的硬件形成一套控制系统；所述方法包括：当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过速度传感器对多台电机的转速进行检测，获得多个转速值，所述多个转速值记为多电机速度数据，然后中央控制器根据给定速度和转速值，分别计算出各台电机的速度偏差值；2)中央控制器将多个速度偏差值分别发送至对应的主控制器，同时，中央控制器还将多电机速度数据同时发送至多个处理模块；3)某主控制器收到相应的速度偏差值后，根据速度偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号；4)某处理模块收到多电机速度数据后，按如下方法进行处理：将多电机速度数据中与该处理模块所对应电机匹配的转速值记为基准值，多电机速度数据中除基准值以外的其余多个转速值记为参考值；1]处理模块将基准值与多个参考值逐一进行比较，获得多个速度误差值εi(t)，i为单个基准值所对应的速度误差值的序号；2]处理模块根据下式计算出误差绝对值之和εji(t)，j为该处理模块所对应电机的序号：ϵji(t)=Σi=1n|ϵi(t)|]]>其中，n为单个基准值所对应的速度误差值εi(t)的数量，电机数量即为n+1；3]处理模块将εji(t)输出至对应的速度控制器，速度控制器根据εji(t)进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号；5)中央控制器将互相匹配的主控制信号和补偿控制信号进行叠加后获得相应电机的驱动信号，然后，中央控制器将驱动信号发送至对应的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机的转速进行调节；待电机进入稳态运行后，中央控制器控制速度控制器停止运行，中央控制器直接将主控制信号输出至驱动装置；多个速度控制器投入运行前，采用遗传算法对多个速度控制器进行同时整定，同时整定的方法如下：1)单个速度控制器中用于PID调节的控制参数有比例、积分和微分三种，根据电机性能分别为三种控制参数设定取值范围，根据各个控制参数取值范围的上限，确定各个控制参数所对应的二进制码的长度，单个控制参数所对应的二进制码即形成一个基因；将单个速度控制器所对应的三个基因排列在一起形成一个基因段，将多个速度控制器对应的多个基因段排列在一起形成一个同步调节染色体，为同步调节染色体中的各个基因赋上初值后，所述同步调节染色体即形成一个同步调节个体，采用随机赋值方式，获得多个同步调节个体，多个同步调节个体即形成同步调节初始种群，计算出同步调节初始种群中各个同步调节个体所对应的适应度值f；2)通过仿真试验，模拟多电机在给定速度发生变化时的动态调节过程，试验过程中，采用遗传算法对同步调节初始种群进行迭代处理，找到适应值f最大的同步调节个体，适应值f最大的同步调节个体记为最终个体；3)对最终个体进行解码处理，将最终个体中的各个基因还原为相应的控制参数，将控制参数存储至对应的速度控制器中，整定过程完成；所述适应值f的表达式为：f＝1/JITAE其中，JITAE为ITAE性能指标函数；JITAE的表达式为：JITAE=∫0TΣj=1n+1t·ϵji(t)dt]]>其中，t为时间，T为仿真试验中速度同步调节过程的时间长度。...

【技术特征摘要】
1.一种用于多电机同步控制的方法，其特征在于：所涉及的硬件包括：中央控制器、作为被控对象
的多台电机、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速度控制器、与多台电机
一一对应的多个处理模块、与多台电机一一对应的多个速度传感器；所述主控制器、处理模块和速度传感
器都连接至中央控制器，中央控制器与电机的驱动装置连接，所述速度控制器的输入端连接至对应的处理
模块，速度控制器的输出端连接至中央控制器，所述速度传感器用于检测电机转速；前述的硬件形成一套
控制系统；
所述方法包括：当给定速度发生变化时，
1)中央控制器通过速度传感器对多台电机的转速进行检测，获得多个转速值，所述多个转速值记为
多电机速度数据，然后中央控制器根据给定速度和转速值，分别计算出各台电机的速度偏差值；
2)中央控制器将多个速度偏差值分别发送至对应的主控制器，同时，中央控制器还将多电机速度数
据同时发送至多个处理模块；
3)某主控制器收到相应的速度偏差值后，根据速度偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制
信号；
4)某处理模块收到多电机速度数据后，按如下方法进行处理：将多电机速度数据中与该处理模块所
对应电机匹配的转速值记为基准值，多电机速度数据中除基准值以外的其余多个转速值记为参考值；
1]处理模块将基准值与多个参考值逐一进行比较，获得多个速度误差值εi(t)，i为单个基准值所对应
的速度误差值的序号；
2]处理模块根据下式计算出误差绝对值之和εji(t)，j为该处理模块所对应电机的序号：
ϵji(t)=Σi=1n|ϵi(t)|]]>其中，n为单个基准值所对应的速度误差值εi(t)的数量，电机数量即为n+1；
3]处理模块将εji(t)输出至对应的速度控制器，速度控制器根据εji(t)进行PID调节并向中央控制器
输出补偿控制信号；
5)中央控制器将互相匹配的主控制信号和补偿控制信号进行叠加后获得相应电机的驱动信号，然后，
中央控制器将驱动信号发送至对应的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机的转速进行调节；待电机进
入稳态运行后，中央控制器控制速度控制器停止运行，中央控制器直接将主控制信号输出至驱动装置；
多个速度控制器投入运行前，采用遗传算法对多个速度控制器进行同时整定，同时整定的方法如下：
1)单个速度控制器中用于PID调节的控制参数有比例、积分和微分三种，根据电机性能分别为三种
控制参数设定取值范围，根据各个控制参数取值范围的上限，确定各个控制参数所对应的二进制码的长度，
单个控制参数所对应的二进制码即形成一个基因；将单个速度控制器所对应的三个基因排列在一起形成一
个基因段，将多个速度控制器对应的多个基因段排列在一起形成一个同步调节染色体，为同步调节染色体

\t中的各个基因赋上初值后，所述同步调节染色体即形成一个同步调节个体，采用随机赋值方式，获得多个
同步调节个体，多个同步调节个体即形成同步调节初始种群，计算出同步调节初始种群中各个同步调节个
体所对应的适应度值f；
2)通过仿真试验，模拟多电机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
对同步调节初始种群进行迭代处理，找到适应值f最大的同步调节个体，适应值f最大的同步调节个体记
为最终个体；
3)对最终个体进行解码处理，将最终个体中的各个基因还原为相应的控制参数，将控制参数存储至
对应的速度控制器中，整定过程完成；
所述适应值f的表达式为：
f＝1/JITAE其中，JITAE为ITAE性能指标函数；
JITAE的表达式为：
JI...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，吴磊，刘梦琪，黄硕，李和霖，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50