[发明专利]一种基于粒子群算法的网络环境电机控制器设计算法

摘要

本发明涉及一种基于粒子群算法的网络环境电机控制器设计算法，属于控制算法领域。该算法首先建立包含了网络通信延迟的PID控制器与电机的闭环系统模型；然后将闭环系统模型转化为静态输出反馈形式，建立考虑网络通信随机延迟的控制器稳定条件；设计满足控制器稳定条件的APSO算法中的KP，KI和KD的目标函数；最后利用APSO算法求出目标函数中PID控制器的最优参数KP,KI和KD。这种算法得到的PID控制器能够使得闭环系统稳定且系统跟踪性能好。

主权项

1.一种基于粒子群算法的网络环境电机控制器设计算法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、建立包含了网络通信延迟的PID控制器与直流电机的闭环系统模型；针对第k个采样周期，考虑网络通信延迟后离散形式的模型为：A为离散系统的系统矩阵，B为离散系统的输入矩阵；x_k为系统在k*Ts时刻的状态信号，Ts为固定的采样周期；k＝1,2,3,...n；n为系统运行的最大步数；u_k为k*Ts时刻不考虑任何延迟时的输入信号；为k*Ts时刻考虑延迟d_2,k的输入信号；代表k*Ts时刻经过延迟执行器实际收到的输入信号；d_1,k代表控制信号u经过网络后延迟的采样周期数；K_P为PID控制器的比例项系数，K_I为PID控制器的积分项系数，K_D为PID控制器的微分环节的增益参数；r_k代表k*Ts时刻的参考信号；代表k*Ts时刻经过延迟后控制器实际收到的输出信号；d_2,k代表输出信号y经过网络后延迟的采样周期数；r_i代表i*Ts时刻的参考信号；同时，延迟满足有上界且不小于0的限制条件，如下：其中，代表控制器传出的控制信号由执行器接收时的最大传输时间，也就是控制输入信号最大延迟时间；代表执行器/控制电机传出的输出信号/转速信号经过网络后由控制器接收的最大传输时间，也就是输出信号的最大延迟时间；步骤二、将闭环系统模型转化为静态输出反馈形式，建立考虑网络通信随机延迟的控制器稳定条件；稳定条件如下：其中，P,Q,Z,S₁,S₂为待求矩阵，且P,Q,Z为正定对称矩阵；K＝[‑K_P ‑K_I ‑K_D]，使得：步骤三、设计满足控制器稳定条件的APSO算法中的KP，KI和KD的目标函数；目标函数为：步骤四、利用APSO算法求出目标函数中PID控制器的最优参数KP,KI和KD。