用于多電機同步控制的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多電機同步控制技術，尤其涉及一種用于多電機同步控制的方 法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有多電機控制系統(tǒng)中，通常為每臺電機配備兩個控制器，其中一個控制器作為 主控制器，用于調節(jié)各臺電機自身的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能；另一個控制器作為同步補償器， 用于在給定速度發(fā)生變化時，讓多電機之間不失調，并保持良好的同步控制精度;多電機同 步控制系統(tǒng)普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸中，在工業(yè)生產(chǎn)中，如連鑄機、乳鋼機、造紙機、 紡織業(yè)的染整機等，這些生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品質量和效率，與驅動電機的同步性能密切相關，要 求多電機控制系統(tǒng)具備較高的同步精度;又如交通領域中的四輪獨立驅動電動車，需要對 四臺輪轂電機轉速的一致性進行協(xié)調，電動車在前進過程中如果四個車輪轉速不同并得不 到及時的糾正，就會引起電動車向轉速較慢的那一方轉向。若四輪車速相差較大，則會引起 車輛行駛的不穩(wěn)定。
[0003] 前述的用于多電機控制系統(tǒng)的同步補償器，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PID控制器的內置參數(shù)進行整定，現(xiàn)有技 術存在如下兩個方面問題:首先，對于多電機控制系統(tǒng)中的同步補償器，一般采用經(jīng)驗試湊 法對每個同步補償器進行單獨整定，雖然這樣可以很好地匹配單臺電機的參數(shù)性能，但在 多電機控制系統(tǒng)中，由于多臺電機在一起協(xié)同工作，各臺電機輸出轉速之間相互聯(lián)系、相互 影響，顯然，現(xiàn)有的單獨整定方式無法兼顧各臺電機之間的關聯(lián)性，導致多電機控制系統(tǒng)的 同步性較差;另外，現(xiàn)有的同步補償器需要解決在不同速度給定情況和內、外界擾動不同情 況下的同步問題，但速度給定和內、外界擾動是兩種性質截然不同的信號，而僅采用一個 PID控制器，難以對這兩種性質不同的輸入信號均作兼顧，不能進一步提高多電機的同步控 制精度。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對【背景技術】中的問題，本發(fā)明提出了一種用于多電機同步控制的方法，其創(chuàng)新 在于:所涉及的硬件包括：中央控制器、作為被控對象的多臺電機、與多臺電機--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 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(tǒng)；
[0005] 所述方法包括:當給定速度發(fā)生變化時，
[0006] 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(shù)據(jù)，然后中央控制器根據(jù)給定速度和轉速值，分別計算出 各臺電機的速度偏差值；
[0007] 2)中央控制器將多個速度偏差值分別發(fā)送至對應的主控制器，同時，中央控制器 還將多電機速度數(shù)據(jù)同時發(fā)送至多個處理模塊；
[0008] 3)某主控制器收到相應的速度偏差值后，根據(jù)速度偏差值進行PID調節(jié)并向中央 控制器輸出主控制信號；
[0009] 4)某處理模塊收到多電機速度數(shù)據(jù)后，按如下方法進行處理:將多電機速度數(shù)據(jù) 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(shù)據(jù)中除基準值以外的 其余多個轉速值記為參考值；
[0010] 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￡i(t)，i 為單個基準值所對應的速度誤差值的序號；
[0011] 2]處理模塊根據(jù)下式計算出誤差絕對值之和￡jl(t)，j為該處理模塊所對應電機的
序號：
[0012]
[0013] 具中，η為早個基準值所對應的速度誤差值￡i(t)的數(shù)量，電機數(shù)量即為n+1;
[0014] 3]處理模塊將￡jl(t)輸出至對應的速度控制器，速度控制器根據(jù)￡jl(t)進行PID調 節(jié)并向中央控制器輸出補償控制信號；
[0015] 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(fā)送至對應的驅動裝置，驅動裝置根據(jù)驅動信 號對電機的轉速進行調節(jié);待電機進入穩(wěn)態(tài)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(穩(wěn)態(tài)運行時，僅由主控制器輸出主控制信 號來對電機進行控制）；
[0016] 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：
[0017] 1)單個速度控制器中用于PID調節(jié)的控制參數(shù)有比例、積分和微分三種，根據(jù)電機 性能分別為三種控制參數(shù)設定取值范圍（具體設定時，可根據(jù)電機運轉實驗的實驗數(shù)據(jù)或 經(jīng)驗進行設定），根據(jù)各個控制參數(shù)取值范圍的上限，確定各個控制參數(shù)所對應的二進制碼 的長度，單個控制參數(shù)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(jié)染色體，為同步調節(jié)染色體中的各個基因賦上初值后，所述同步調節(jié)染色體 即形成一個同步調節(jié)個體，采用隨機賦值方式，獲得多個同步調節(jié)個體，多個同步調節(jié)個體 即形成同步調節(jié)初始種群，計算出同步調節(jié)初始種群中各個同步調節(jié)個體所對應的適應值 f;
[0018] 2)通過仿真試驗，模擬多電機在給定速度發(fā)生變化時的動態(tài)調節(jié)過程，試驗過程 中，采用遺傳算法對同步調節(jié)初始種群進行迭代處理(所述迭代處理包括復制、交叉和變異 過程，基于遺傳算法的公知性，本領域技術人員應該明白，迭代處理過程中，滿足收斂條件 時，迭代處理結束），找到適應值f最大的同步調節(jié)個體，適應值f最大的同步調節(jié)個體記為 最終個體；
[0019] 3)對最終個體進行解碼處理（即將二進制碼解碼為具體的控制參數(shù)），將最終個體 中的各個基因還原為相應的控制參數(shù)，將控制參數(shù)存儲至對應的速度控制器中，整定過程 完成；
[0020] 所述適應值f的表達式為：
[0021] f = 1/Jitae
[0022] 其中，JITAE為ITAE性能指標函數(shù)；
[0023] Jitae的表達式為：
[0024]
[0025] 其中，t為時間，T為仿真試驗中速度同步調節(jié)過程的時間長度。
[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)中用于多臺電機的多個速度控制器， 采用同時整定的方式進行整定，同時整定過程中，控制參數(shù)調整的最終目標是使多臺電機 的同步性能最佳，而現(xiàn)有技術的單獨整定方式，僅能實現(xiàn)單臺電機運行狀態(tài)最佳，而這種以 單臺電機運行狀態(tài)最佳為目的所整定出的參數(shù)未必能夠滿足多臺電機同步性最佳的要求， 由此可以看出，采用本發(fā)明方案后，在進行整定時，從整體上考慮了多電機控制系統(tǒng)的同步 性，以統(tǒng)一方式對多臺電機的速度控制器進行聯(lián)合整定，可以有效提高多電機運行時的同 步性，改善控制系統(tǒng)在給定速度改變時的動態(tài)性能；
[0028] ITAE性能指標函數(shù)是一種工程領域中常見的評價指標，它可以較好地評價控制系 統(tǒng)的同步性能和動態(tài)性能，將其用于遺傳算法，可以有效提高參數(shù)整定的準確性。
[0029]由遺傳算法所得到的最終個體實際上是一種適應度f