[发明专利]四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法和系统

权利要求书

1.一种四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法，其特征在于，包括：

获取四电机联动系统的结构系数和性能系数；所述结构系数包括：电机转动惯量、传动力矩和四电机联动系统的控制输入量；所述性能系数包括：控制器的性能指标和结构设计性能指标；

根据所述结构系数和所述性能系数，以所述电机转动惯量为优化目标，以电机转动惯量的上界、电机转动惯量的下界、所述传动力矩、所述传动力矩与所述四电机联动系统的控制输入量间的差值为约束条件，构建一体化性能指标模型；

采用细菌觅食优化算法，确定所述一体化性能指标模型的最优解；所述最优解为所述电机转动惯量的最小值；

采用所述电机转动惯量的最小值，对所述四电机联动系统中的电机进行驱动控制；

所述一体化性能指标模型为：

s.t.J_low≤J_m≤J_high,

其中，w_p为结构设计性能指标的权重系数，w_c为控制性能指标的权重系数，s.t.为约束条件，f_p为结构设计性能指标，f_p＝(u_max-u_min)²，u_max为控制器的控制输入量的最大值，u_min为控制器的控制输入量的最小值，f_c为控制性能指标，x₁为负载的位置，y_d为负载的期望位置，t为四电机联动系统收敛时间，J_m为电机转动惯量，J_low为转动惯量的下界，J_high为转动惯量的上界，为电机i的角加速度，为电机i的角速度，为负载的角加速度，为负载的角速度，J_L为负载的转动惯量，b_m为电机端的粘滞摩擦系数，b_L为负载端的粘滞摩擦系数，u为控制器的控制输入量，为电机i的传动力矩。

2.根据权利要求1所述的一种四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法，其特征在于，所述采用细菌觅食优化算法，确定所述一体化性能指标模型的最优解，具体包括：

采用嵌套式优化算法，根据所述一体化性能指标模型，分别确定外优化环和内优化环；

采用细菌觅食优化算法，分别确定所述外优化环的最优解和所述内优化环的最优解；

根据所述外优化环的最优解和所述内优化环的最优解，得到所述一体化性能指标模型的最优解。

3.根据权利要求2所述的一种四电机联动系统固定时间控制与结构联合优化方法，其特征在于，所述外优化环为：

所述内优化环为：

其中，为外优化环结果，w_p和w_c均为权重系数，s.t.为约束条件，u_min为控制器的控制输入量的最小值，u_max为控制器的控制输入量的最大值，J_low为转动惯量的下界，J_high为转动惯量的上界，J_m为电机转动惯量，为内优化环结果，x₁为负载的位置，y_d为负载的期望位置，t为四电机联动系统收敛时间，J_L为负载的转动惯量，b_m为电机端的粘滞摩擦系数，b_L为负载端的粘滞摩擦系数，为电机i的角加速度，为电机i的角速度，为负载的角加速度，为负载的角速度，u为控制器的控制输入量，为电机i的传动力矩，k为扭转系数，c为阻尼系数，Δ_i为电机i与负载间的位置差，Δ_i＝θ_i-θ_L，θ_i为电机i的位置，θ_L为负载的位置，f(·)为齿隙引起的非线性函数，δ为齿隙宽度。