1.电‑机械转换器控制器的自抗扰同步跟踪控制方法,包括以下步骤:(1)自适应遗传算法在线优化电‑机械转换器控制器参数,其使用工程中应用最广泛的时间乘绝对误差积分准则作为目标函数J,做求J最小值的运算,当J最小时即可得到最优的控制器参数;其中的误差为电‑机械转换器输出的转子角位移θ(t)与输入控制信号θi(t)的误差e,误差e能反应电‑机械转换器被控过程的动态特性,该值越小,系统的控制效果越好;
J的表达式如下:
AGA算法优化步进电机式电‑机械转换器的过程如下:先设定遗传代数Gen、种群数N以及种群搜索范围;AGA对二阶自抗扰位置控制器和电流闭环PI控制器中的主要参数β01、β02、β03、kp1、kp2、ki1、ki2进行实数编码,β01、β02、β03是自抗扰控制器的误差校正增益系数,kp1、kp2是PI控制器的比例增益,ki1、ki2是PI控制器的积分增益,然后设定取值范围,得到初始种群;在遗传算法的进化机制中,往往以适应度值大的个体作为优秀基因的评定标准,而上式目标函数J的运算是求最小值,若把J放在分母中作为子项来构造一个适应度函数F,就可以求出最大适应度对应的个体,也是最小的J和e对应的个体,对应个体编码值即是参数最优解;F的表达式如下:
ε取一个较小的实数即可,目的是避免除零运算;
先用F求出种群每个个体的适应度值feve,然后可得其中最大适应度值fmax,当代种群中平均适应度值favg及要交叉的两个体之间更大的适应度值f,这些值将在后续求自适应交叉、变异概率中用到;
用轮盘赌算法选择出当代种群中优良的个体,再根据自适应交叉概率Pc从选出的优良父代个体中再选两个体进行单点交叉,接着根据自适应变异概率Pm对交叉后的个体进行变异操作既可得到新一代种群;在进化过程中种群的个体会不断被评估,交叉概率和变异概率会根据适应度值的大小实时调整以改变进化策略,当个体适应度较高时,使交叉概率pc、变异概率pm减小,反之增大,目的是为了让种群的进化方向能够朝着需要方向前进,使控制器参数得到优化进而获得更好的电‑机械转换器的控制性能;
上述中的自适应交叉概率Pc为:
自适应变异概率Pm为:
式中,pc1、pc2为交叉概率的上下限;pm1、pm2为普通变异概率的上下限;
当遗传代数Gen达到设定值,或者遗传代数设置的较大,但是种群进化过程中发现适应度值不再发生剧烈的变化时,则可以结束AGA算法,全局收敛到一个最优解,即为电‑机械转换器的控制器需要被优化的参数β01、β02、β03、kp1、ki1、kp2、ki2的最优值;
(2)将信号发生器输出步进电机式电‑机械转换器的电机角位移信号θi(t)和位置传感器检测到的实际角位移信号θ(t)输入到位置闭环二阶自抗扰控制器中,控制器对它们的误差信号进行运算后输出角位移控制信号u1(t);其表达式为:其中,fhan=(θ,ω,r,h0)为最速控制综合函数;
fal(e,α,δ)为非线性函数;
式中,α1、α2、α01、α02为位置闭环自抗扰控制器非线性因子;h0、h1、h2为位置自抗扰控制器滤波参数;θ11为输入的电机角位移信号θi(t)安排的过渡过程,ω是位置的微分信号既转速信号, 是电机转速信号安排的过渡过程,θ21、θ22、θ23分别是控制器对电‑机械转换器转子位置、速度以及电机内外扰动总和的观测值;r为跟踪速度参数;β1、β2是非线性反馈系数,前者是步进电机位置跟踪误差的比例系数,后者是速度跟踪误差的反馈系数;β01、β02、β03是位置闭环自抗扰控制器对电机的位置信号、速度信号和扰动信号的观测值与实际值误差的校正增益系数;u是角位移控制信号,b0是位置补偿因子;
(3)位置闭环二阶自抗扰控制器输出的角位移控制信号u1(t)在输入的电机角位移信号θi(t)的前馈补偿下输出理论磁场角位移信号θm(t),为防止步进电机失步,对理论磁场角位移信号加以限制以保证失调角在半个齿距角范围内;
(4)对磁场角位移进行电流分解,得到步进电机两相绕组的理论控制电流ia(t)、ib(t),将其和电流传感器检测到的实际电流iaf(t)、ibf(t)比较产生的误差信号输入到PI控制器中,控制器运算后输出SPWM占空比信号,该信号通过控制驱动模块电路中的开关管和功率管的工作状态来控制绕组电流和其产生的旋转磁场,最终完成对电机转子转角位置的精确控制。
2.如权利要求1所述的电‑机械转换器控制器的自抗扰同步跟踪控制方法,其特征在于:步骤1中pc1、pc2分别取为0.9和0.6;pm1、pm2分别取为0.1和0.01。