多电机系统智能协调控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明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。
【背景技术】
[0002] 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、乳钢机、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。
[0003] 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：
[0004] 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；
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 针对【背景技术】中存在的问题，本发明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-- 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--对应的多个转速传感器；
[0007] 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；
[0008] 多电机系统运行时，按如下方法进行控制：
[0009] 设电机的数量为η台，用1至η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=l、2、3......η；
[0010] 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η号电机的转速值分别记为转速值1、转速值2……转速值η;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 η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η;
[0011] 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η发送至该子控制器；当k矣η时，中央控制器将转速值k和转速值k+Ι发送至该子控制 器；
[0012] 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η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 η；
[0013] 4)子控制器收到转速值后，按如下方法进行处理：
[0014] 对于k号子控制器，当k = n时，子控制器对转速值η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矣η时，子控制器对转速值k和转速值k+Ι进行求差，然 后将求差结果发送至对应的补偿控制器；
[0015] 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η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η;
[0016] 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η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η;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；
[0017] 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：
[0018] 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;
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 所述适应度f的表达式为：
[0022] f = afi+(l-a)f2
[0023 ]其中，fi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，a为权重系数，a的取值范围为(〇，1 ]; a的取值越趋近于〇，则多电机系统的性 能更偏重于多台电机之间的同步性，a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；
[0024] 的表达式为：
[0025] fi = 1/Jitaei
[0026] 其中，JITAE1为对应动态性能的ITAE性能指标；
[0027] JlTAEl的表达式为：
[0028]
[0029] 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；
[0030] e(t)的表达式为：
[0031]
[0032] 其中，ek(t)为k号电机给定速度与之输出速度之间的误差；
[0033] ek(t)的表达式为：
[0034] ek(t) = ω *(t)_ ω k(t)
[0035] 其中，ω%)为给定速度，cok(t)为k号电机的输出速度；
[0036] f2的表达式为：
[0037] f2= 1/JITAE2
[0038] 其中，JITAE2为对应同步性能的ITAE性能指标；
[0039] Tttafj的表汰式为：
[0040]
[0041] 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)为序号相邻电 机之间的误差绝对值之和；
[0042] e(t)的表达式为：
[0043]
[0044] 其中，￡k(t)为前一台电机与后一台电机的输出速度之间的误差；
[0045] 当k 关 η时，￡k(t)= c〇k(t)-c〇k+i(t)，当k