多电机系统智能协调控制方法技术方案

一种多电机系统智能协调控制方法，其创新在于：所述多电机系统中采用的多个主控制器和多个补偿控制器的控制参数由联合整定方式同步获得；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种多电机系统智能协调控制方法，该方法所涉及的PID控制参数，是在对所有主控制器和所有补偿控制器进行联合整定的条件下得到的，并且联合整定时，动态性能和同步性能在整定目标中都各自占有权重，且权重可调，技术人员可根据实际情况，对相应权重进行调节，以获得符合实际需要的PID控制参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多电机控制技术，尤其涉及一种多电机系统智能协调控制方法。
技术介绍
多电机系统控制问题普遍存在于工业生产行业中，如连铸机、轧钢机、造纸机、染整机等，这些设备的产品质量和生产效率与多电机系统的动态性能和同步性能密切相关，这就对多电机系统的性能提出了较高的要求。在现有技术中，用于多电机系统的控制装置，大多采用工业上常用的PID(比例、积分和微分)控制器，为使多电机系统同时具备较好的动态性和同步性，现有技术中，在应用前述PID控制器时，一般有如下两种方法：方法一：为多电机系统中的每台电机都单独配备一个主控制器，将动态性和同步性同时作为目标函数，采用智能优化的方式对多个主控制器进行联合整定；该方法存在的问题是：虽然，整定时将动态性和同步性同时作为目标函数，但由于单台电机仅配置了一个主控制器，没有设置单独的速度同步补偿器，实际运行时，一个主控制器显然难以同时兼顾动态性和同步性这两个方面的要求；方法二：在方法一的基础上，为每台电机再单独配备一个速度同步补偿器，主控制器和速度同步补偿器各司其职，即主控制器用于调节各台电机自身的动态性能和稳态性能，速度同步补偿器用于控制多电机之间不失调，并保持良好的同步精度；采用方法二时，一般采用分步整定的方式来对主控制器和速度同步补偿器进行整定：首先，以每台电机的动态性为目标，逐一获得每台电机的主控制器的PID参数。接着，采用某种耦合方式，以多台电机的同步性为目标，对多台电机的速度同步补偿器的PID参数进行联合整定；与方法一相比，方法二中为每台电机都增加了相应的速度同步补偿器，理论上，采用方法二时多电机系统的同步性能指标应有所提高，但在实际工程中，却不是这样：虽然多个速度同步补偿器的PID参数是以同步性为目标联合整定获得的，但在实际控制中，速度同步补偿器的输出控制量须与主控制器的输出控制量进行叠加才能获得最终的控制信号，这就使得最终的控制信号将偏离以前主控制器以动态性为目标整定的输出控制量，从而导致电机的动态性将难以把控；产生前述问题的根本原因是，主控制器和速度同步补偿器是分步独立整定的，在后面整定速度同步补偿器时，将会对前面整定好的主控制器带来影响。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种多电机系统智能协调控制方法，其创新在于：所述多电机系统包括中央控制器、作为被控对象的多台电机、与多台电机一一对应的多个子控制器、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补偿控制器、与多台电机一一对应的多个转速传感器；所述主控制器、子控制器和转速传感器均与中央控制器连接，所述补偿控制器的输入端与对应的子控制器连接，补偿控制器的输出端与中央控制器连接，所述中央控制器分别与多台电机的驱动装置连接；所述转速传感器设置在电机上，转速传感器用于检测电机转速；多电机系统运行时，按如下方法进行控制：设电机的数量为n台，用1至n的阿拉伯数字对多台电机进行编号，k号电机所对应的主控制器、子控制器和补偿控制器分别记为k号主控制器、k号子控制器和k号补偿控制器，k＝1、2、3……n；当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过转速传感器对各台电机的当前转速进行检测，对应1至n号电机的转速值分别记为转速值1、转速值2……转速值n；然后中央控制器根据给定速度和多个转速值，分别计算出给定速度与各个转速值之间的偏差值，对应1至n号电机的偏差值分别记为偏差值1、偏差值2、偏差值3……偏差值n；2)中央控制器将多个偏差值分别发送至相应的主控制器，同时，中央控制器按如下方法将转速值发送至子控制器：对于k号子控制器，当k＝n时，中央控制器将转速值1和转速值n发送至该子控制器；当k≠n时，中央控制器将转速值k和转速值k+1发送至该子控制器；3)主控制器收到偏差值后，根据偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号，对应1至n号电机的主控制信号分别记为主控制信号1、主控制信号2……主控制信号n；4)子控制器收到转速值后，按如下方法进行处理：对于k号子控制器，当k＝n时，子控制器对转速值n和转速值1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；当k≠n时，子控制器对转速值k和转速值k+1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；补偿控制器收到求差结果后，根据求差结果进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号，对应1至n号电机的补偿控制信号分别记为补偿控制信号1、补偿控制信号2……补偿控制信号n；5)中央控制器收到主控制信号和补偿控制信号后，将序号对应的主控制信号和补偿控制信号进行叠加，获得驱动信号，对应1至n号电机的驱动信号分别记为驱动信号1、驱动信号2……驱动信号n；然后中央控制器将驱动信号发送至相应电机的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机转速进行调节，待电机进入稳态运行后，中央控制器将补偿控制器停止运行，中央控制器直接将主控制器输出的主控制信号输出至驱动装置；所述多个补偿控制器投入运行前，按如下方法对多个主控制器和多个补偿控制器进行联合整定：1]单个主控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种调节参数，单个补偿控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种控制参数。根据电机性能，为各个调节参数和各个控制参数分别设定取值范围，根据取值范围的上限确定各个调节参数和各个控制参数所对应的二进制码的长度，单个调节参数或单个控制参数所对应的二进制码记为一个基因，则单个主控制器和单个补偿控制器共对应有六个基因；编号相同的一个主控制器和一个补偿控制器形成一个单元，则多个主控制器和多个补偿控制器形成多个单元；单个单元所对应的六个基因排列在一起形成一个基因段，多个单元对应的多个基因段排列在一起形成一个染色体；染色体中的每个基因被赋上初值后，该染色体即形成一个调节个体，在各参数取值范围内采用随机赋值方式，获得多个调节个体，多个调节个体即形成一初始种群，计算出初始种群中各个调节个体的适应度f；2]通过仿真试验，模拟多电机系统在给定速度发生变化时的动态调节过程，试验过程中，采用遗传算法对初始种群进行迭代处理，找到适应度f最大的调节个体，适应度f最大的调节个体记为最优个体；3]对最优个体进行解码处理，将最优个体中的各个基因还原为相应的调节参数和控制参数，然后将调节参数和控制参数存储至对应的主控制器和补偿控制器中，整定过程完成；所述适应度f的表达式为：f＝αf1+(1-α)f2其中，f1为表征多电机系统动态性能的适应度函数，f2为表征多电机系统同步性能的适应度函数，α为权重系数，α的取值范围为(0,1]；α的取值越趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多电机系统智能协调控制方法，其特征在于：所述多电机系统包括中央控制器、作为被控对象的多台电机、与多台电机一一对应的多个子控制器、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补偿控制器、与多台电机一一对应的多个转速传感器；所述主控制器、子控制器和转速传感器均与中央控制器连接，所述补偿控制器的输入端与对应的子控制器连接，补偿控制器的输出端与中央控制器连接，所述中央控制器分别与多台电机的驱动装置连接；所述转速传感器设置在电机上，转速传感器用于检测电机转速；多电机系统运行时，按如下方法进行控制：设电机的数量为n台，用1至n的阿拉伯数字对多台电机进行编号，k号电机所对应的主控制器、子控制器和补偿控制器分别记为k号主控制器、k号子控制器和k号补偿控制器，k＝1、2、3……n；当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过转速传感器对各台电机的当前转速进行检测，对应1至n号电机的转速值分别记为转速值1、转速值2……转速值n；然后中央控制器根据给定速度和多个转速值，分别计算出给定速度与各个转速值之间的偏差值，对应1至n号电机的偏差值分别记为偏差值1、偏差值2、偏差值3……偏差值n；2)中央控制器将多个偏差值分别发送至相应的主控制器，同时，中央控制器按如下方法将转速值发送至子控制器：对于k号子控制器，当k＝n时，中央控制器将转速值1和转速值n发送至该子控制器；当k≠n时，中央控制器将转速值k和转速值k+1发送至该子控制器；3)主控制器收到偏差值后，根据偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号，对应1至n号电机的主控制信号分别记为主控制信号1、主控制信号2……主控制信号n；4)子控制器收到转速值后，按如下方法进行处理：对于k号子控制器，当k＝n时，子控制器对转速值n和转速值1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；当k≠n时，子控制器对转速值k和转速值k+1进行求差，然后将求差结果发送至对应的补偿控制器；补偿控制器收到求差结果后，根据求差结果进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号，对应1至n号电机的补偿控制信号分别记为补偿控制信号1、补偿控制信号2……补偿控制信号n；5)中央控制器收到主控制信号和补偿控制信号后，将序号对应的主控制信号和补偿控制信号进行叠加，获得驱动信号，对应1至n号电机的驱动信号分别记为驱动信号1、驱动信号2……驱动信号n；然后中央控制器将驱动信号发送至相应电机的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机转速进行调节，待电机进入稳态运行后，中央控制器将补偿控制器停止运行，中央控制器直接将主控制器输出的主控制信号输出至驱动装置；所述多个补偿控制器投入运行前，按如下方法对多个主控制器和多个补偿控制器进行联合整定：1]单个主控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种调节参数，单个补偿控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种控制参数，根据电机性能，为各个调节参数和各个控制参数分别设定取值范围，根据取值范围的上限确定各个调节参数和各个控制参数所对应的二进制码的长度，单个调节参数或单个控制参数所对应的二进制码记为一个基因，则单个主控制器和单个补偿控制器共对应有六个基因；编号相同的一个主控制器和一个补偿控制器形成一个单元，则多个主控制器和多个补偿控制器形成多个单元；单个单元所对应的六个基因排列在一起形成一个基因段，多个单元对应的多个基因段排列在一起形成一个染色体；染色体中的每个基因被赋上初值后，该染色体即形成一个调节个体，在各参数取值范围内采用随机赋值方式，获得多个调节个体，多个调节个体即形成一初始种群，计算出初始种群中各个调节个体的适应度f；2]通过仿真试验，模拟多电机系统在给定速度发生变化时的动态调节过程，试验过程中，采用遗传算法对初始种群进行迭代处理，找到适应度f最大的调节个体，适应度f最大的调节个体记为最优个体；3]对最优个体进行解码处理，将最优个体中的各个基因还原为相应的调节参数和控制参数，然后将调节参数和控制参数存储至对应的主控制器和补偿控制器中，整定过程完成；所述适应度f的表达式为：f＝αf1+(1‑α)f2其中，f1为表征多电机系统动态性能的适应度函数，f2为表征多电机系统同步性能的适应度函数，α为权重系数，α的取值范围为(0,1]；α的取值越趋近于0，则多电机系统的性能更偏重于多台电机之间的同步性，α的取值越趋近于1或等于1，则多电机系统的性能更偏重于电机的动态性；f1的表达式为：f1＝1/JITAE1其中，JITAE1为对应动态性能的ITAE性能指标；JITAE1的表达式为：JITAE1=∫0Tt·e(t)dt]]>其中，t为时间，T为仿真试验过程中动态调节过程的时间长度；e(t)为各台电机的误差绝对值之和；e(t)的表达式为：e(t)=&...

【技术特征摘要】
1.一种多电机系统智能协调控制方法，其特征在于：所述多电机系统包括中央控制器、作为被控对
象的多台电机、与多台电机一一对应的多个子控制器、与多台电机一一对应的多个主控制器、与多台电机
一一对应的多个补偿控制器、与多台电机一一对应的多个转速传感器；
所述主控制器、子控制器和转速传感器均与中央控制器连接，所述补偿控制器的输入端与对应的子控
制器连接，补偿控制器的输出端与中央控制器连接，所述中央控制器分别与多台电机的驱动装置连接；所
述转速传感器设置在电机上，转速传感器用于检测电机转速；
多电机系统运行时，按如下方法进行控制：
设电机的数量为n台，用1至n的阿拉伯数字对多台电机进行编号，k号电机所对应的主控制器、子
控制器和补偿控制器分别记为k号主控制器、k号子控制器和k号补偿控制器，k＝1、2、3……n；
当给定速度发生变化时，1)中央控制器通过转速传感器对各台电机的当前转速进行检测，对应1至n
号电机的转速值分别记为转速值1、转速值2……转速值n；然后中央控制器根据给定速度和多个转速值，
分别计算出给定速度与各个转速值之间的偏差值，对应1至n号电机的偏差值分别记为偏差值1、偏差值
2、偏差值3……偏差值n；
2)中央控制器将多个偏差值分别发送至相应的主控制器，同时，中央控制器按如下方法将转速值发
送至子控制器：对于k号子控制器，当k＝n时，中央控制器将转速值1和转速值n发送至该子控制器；当
k≠n时，中央控制器将转速值k和转速值k+1发送至该子控制器；
3)主控制器收到偏差值后，根据偏差值进行PID调节并向中央控制器输出主控制信号，对应1至n
号电机的主控制信号分别记为主控制信号1、主控制信号2……主控制信号n；
4)子控制器收到转速值后，按如下方法进行处理：
对于k号子控制器，当k＝n时，子控制器对转速值n和转速值1进行求差，然后将求差结果发送至对
应的补偿控制器；当k≠n时，子控制器对转速值k和转速值k+1进行求差，然后将求差结果发送至对应的
补偿控制器；
补偿控制器收到求差结果后，根据求差结果进行PID调节并向中央控制器输出补偿控制信号，对应1
至n号电机的补偿控制信号分别记为补偿控制信号1、补偿控制信号2……补偿控制信号n；
5)中央控制器收到主控制信号和补偿控制信号后，将序号对应的主控制信号和补偿控制信号进行叠
加，获得驱动信号，对应1至n号电机的驱动信号分别记为驱动信号1、驱动信号2……驱动信号n；然后
中央控制器将驱动信号发送至相应电机的驱动装置，驱动装置根据驱动信号对电机转速进行调节，待电机
进入稳态运行后，中央控制器将补偿控制器停止运行，中央控制器直接将主控制器输出的主控制信号输出
至驱动装置；
所述多个补偿控制器投入运行前，按如下方法对多个主控制器和多个补偿控制器进行联合整定：
1]单个主控制器中用于PID调节的参数有比例、积分和微分三种调节参数，单个补偿控制器中用于PID

\t调节的参数有比例、积分和微分三种控制参数，根据电机性能，为各个调节参数和各个控制参数分别设定<...

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