CN112821809A - 一种无轴传动凹印机同步控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种无轴传动凹印机同步控制系统，包括有复用器，复用器的输出端与数组并联的分路器的输入端相连；每一路分路器的输出端均通过一个补偿器与比较器相连；电机输出转速的负反馈与分路器、补偿器比较后输入控制器；控制器的输出端与驱动单元的输入端相连；驱动单元的输出端端与伺服电机相连；伺服电机的输出转速反馈至复用器的输入端；控制方法的步骤为：步骤一，自抗扰控制器涉及的控制参数较多，通过优化算法对整定的参数寻优；步骤二，为消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步；步骤三，多电机同步控制，通过控制器是的调整实现各电机之间很好的同步性；具有同步控制精度高，自抗扰能力强，优化算法寻优能力强的特点。
Description
技术领域
本发明属于无轴传动印刷包装机技术领域，具体涉及一种无轴传动凹印机同步控制系统及其控制方法。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高和科学技术水平的不断进步，人们对形式与功能多样、色彩丰富的印刷产品的需求量日益增加，使包装印刷产业在我国经济文化建设中的重要地位日益凸显，因此，无轴传动凹印机同步控制系统的研究越来越受到重视。但目前国产凹版印刷机在我国包装印刷产业向前发展的过程中显得后劲不足，其原因主要体现在以下两个方面：其一，大多数国产印刷包装企业规模小，科技含量低，创新力不足等问题严重制约着印刷业迈向智能化的进程；其二，长期以来，由于自主研发能力和投资成本的限制，国产凹印机关键技术主要以模仿国外技术或者依赖进口为主。在印刷包装领域，无轴传动凹印机控制系统理论和方法研究的欠缺，导致了具有自主知识产权无轴同步控制设计能力相对滞后。因此，研究开发具有自主知识产权的控制系统是国产无轴传动凹印机转型升级的关键环节，对无轴传动控制技术的研究有助于提升我国凹版印刷设备制造的技术水平和国际竞争力。
目前，由于现有无轴传动系统中各色组及牵引单元均采用独立电机驱动，且其驱动辊/版辊与电机主轴刚性联接，导致现有的凹印机的同步控制系统存在非线性、强耦合、易扰动的缺点；由于将内部和外部不确定因素统一视为系统的总扰动，导致自抗扰控制器有关参数多，缺乏选取依据及整定难、耗时、费力；由于张力波动，导致各轴跟踪误差和轴之间同步误差；由于套准误差，导致凹印机同步控制非等比例耦合速度同步误差和速度跟踪误差；由于现有优化算法复杂，导致最优参数搜索能力和收敛质量低。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无轴传动凹印机同步控制系统及其控制方法，采用相邻偏差耦合控制结构和2阶自抗扰控制器的控制结构，以及多层变异克隆选择算法，使无轴传动凹印机系统具有同步控制精度高，自抗扰能力强，优化算法寻优能力强的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无轴传动凹印机同步控制系统，同步控制策略包括有复用器，复用器的输出端与数组并联的分路器的输入端相连；每一路分路器的输出端通过补偿器与比较器相连；电机输出转速的负反馈与分路器、补偿器比较后输入控制器，控制器输出端与驱动单元的输入端相连；驱动单元的输出端端与伺服电机相连；伺服电机的输出转速反馈至复用器的输入端。
所述的控制器为自抗扰控制器，自抗扰控制器包括有微分跟踪器，微分跟踪器安排角速度的输入并提取其微分信号；非线性状态误差反馈控制律是对微分跟踪器的输入信号及其微分信号和ESO系统观测到收放卷单元、牵引单元角速度的跟踪信号及其微分信号进行非线性配置；所述ESO是对被控对象的状态变量及其扰动信号进行观测。
所述的微分跟踪器采用2阶微分跟踪器。
所述的扩张状态观测器采用3阶扩张状态观测器。
利用无轴传动凹印机同步控制系统进行控制的方法，包括以下步骤：
步骤一，自抗扰控制器涉及的控制参数较多，通过优化算法对整定的参数寻优，其余参数可根据经验配置为固定值，2阶自抗扰控制器的参数整定优化算法采用多层变异克隆选择算法完成对整定参数补偿因子b，阻尼因子c和精度因子h1的优化寻优；
步骤二，为消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，2阶自抗扰控制器利用微分跟踪器安排角速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号，其中ω0为印刷基准角速度输入，ωi 0为收放卷牵引单元和印刷色组单元角速度输入，利用3阶扩张状态观测器获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信号zi1及其微分信号zi2，并对内、外部干扰zi3进行估计和补偿；为了除耦合误差，采用fhan函数设计非线性误差反馈率以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置；
步骤三，多电机同步控制，要达到良好的同步控制性，每台驱动电机要考虑其跟踪误差和其他所有驱动电机的同步误差；系统中各个驱动电机的状态信息反馈先传输到速度补偿器中，再进行比较，求相互间的差值，得到各电机间的状态误差的总和，再用于补偿电机的输入信号，其中xi表示电机i的输出转速；Kin为速度反馈耦合放大增益，每台电机控制器的输入由三部分组成，第一部分是指令输入信号，第二部分是电机自身速度的反馈信号，第三部分是自身速度与相邻两个电机速度的差值，可通过控制器是的调整实现各电机之间很好的同步性。
所述的多层变异克隆选择算法，包括以下步骤：
Step1，参数设置与初始化，设置个体的搜索范围、种群规模、进化迭代次数，在搜索空间内对个体进行随机初始化；
Step2，计算每个个体的适应值，个体i即为个体历史最佳抗体Pi，抗体群P的全局最佳抗体即为全局历史最佳抗体Pg；
Step3，按照初级变异更新第i个个体,并进行越界处理，计算个体适应值，若当前个i的适应值小于等于历史最佳抗体的适应值Pi，则实时更新对应的历史最佳抗体Pi；若当前个体i的适应值小于等于全局历史最佳抗体Pg，则实时更新种群的全局历史最佳位置Pg；
Step4，所有个体更新完毕，则执行Step5，否则返回Step3；
Step5，按亲和度从小到大对抗体群P中的抗体进行排序，得到临时抗体群P'；
Step6，选择临时抗体群P'的前20％个优质抗体，按照克隆操作和次级变异进行免疫进化操作并进行越界处理，得到成熟的抗体群P*；
Step7，将抗体群P*中优秀的前0.2m个成熟抗体用于替换抗体群P中0.2m个亲和度最差的抗体；
Step8，对临时抗体群P'排序为中间的60％个抗体按贪婪选择机制进行进一步局部单维变异学习并进行越界处理，按照单维变异操作更新原抗体群P中的对应抗体，实现实时更新全局最优抗体；
Step9，若满足算法结束条件，则寻优过程结束并输出寻优结果，否则返回Step3。
本发明的有益效果是：
本发明的相邻偏差耦合同步控制结构是一种基于最小相关轴数目思想和偏差耦合同步控制结构而建立的一种控制结构，这种控制结构考虑了与之相邻的两个轴的状态，因而简化了补偿器的设计，使之在轴数增加时，补偿器的运算量和复杂度也不会变得很庞大，并在此基础上，引入耦合系数因子，满足了凹印机同步控制非等比例耦合速度同步误差和速度跟踪误差的要求；引入半径比，满足了无轴传动凹印机角速度同步的要求；针对套准误差和张力波动对印刷单元和收放卷牵引单元输入速度的影响，在同步控制结构中引入了输入速度补偿机制，设计了无轴传动凹印机同步控制结构。
本发明包括无轴传动凹印机同步控制结构设计，控制系统控制器和控制器算法。所述无轴传动凹印机同步控制结构采用相邻偏差耦合的同步控制方式，不但结构简单，而且具有很好的同步性能，且其延时现象基本消失。所属控制系统控制器采用2阶自抗扰控制器，针对自抗扰控制器有关参数缺乏选取依据及整定难的问题，优化了控制器算法。针对凹印机的同步控制系统非线性、强耦合、易扰动的特点，设计了自抗扰控制器，并且针对自抗扰控制器有关参数多，缺乏选取依据及整定难的问题，所述控制器算法是基于多策略混合协同进化的改进克隆选择算法，即多层变异克隆选择算法。
所述的相邻偏差耦合的同步控制方式，是在采用相邻偏差耦合的同步控制的基础上，引入耦合系数因子，满足了凹印机同步控制非等比例耦合速度同步误差和速度跟踪误差的要求；引入半径比，满足了无轴传动凹印机角速度同步的要求；针对套准误差和张力波动对印刷单元和收放卷牵引单元输入速度的影响，在同步控制结构中引入了输入速度补偿机制，增加了无轴传动凹印机同步控制系统结构，具有较高的同步精度，能够有效地抑制速度和负载扰动造成的同步误差，还可以避免由于套准误差和张力波动过大造成输入速度阶跃变化而引起的系统超调现象，实现高精度的同步控制，使无轴传动凹印机具有很好的速度跟踪和抗扰能力。
所述的2阶自抗扰控制器，由微分跟踪器(TD)，3阶扩张状态观测器(ESO)，非线性误差反馈控制律(NLSEF)构成。自抗扰控制器将放卷牵引单元、印刷单元、收卷牵引单元之间的同步误差、套准误差及张力造成的速度补偿输入作为一种外扰，将同步控制系统的未建模动态和未知外部扰动作为系统的总扰动处理，并在每一个同步轴中用扩张状态观测器进行动态跟踪和在线补偿，然后利用非线性误差反馈控制律的非线性配置实现轴跟踪误差和轴之间同步误差的消除。
本发明中的自抗扰控制器算法是基于多策略混合协同进化的克隆选择算法，通过多策略混合协同进化机制的引入，对自抗扰控制器的阻尼系数、精度因子、补偿因子进行了优选，解决了自抗扰控制器参数多，整定难的问题，多层变异克隆选择算法相比于克隆算法搜索能力和收敛质量都有大幅提高。通过多策略协同进化机制的引入，较好地克服了单一进化机制智能算法难以兼顾寻优过程中的全局搜索和局部开发，整定出的参数往往是局部最优解，导致ADRC的控制精度不高。此控制器算法有效提高了无轴传动同步控制系统的精度和鲁棒性。
本发明的无轴传动凹印机同步控制系统相较于传统的无轴传动凹印机控制系统，基于相邻偏差耦合方法的同步控制结构具有较高的同步精度，并设计了自抗扰控制器，对各轴同步误差的外部扰动形式进行实时观测和在线补偿，以适应凹印机同步控制系统非线性的特征以及各轴状态强耦合的特点，能够有效地抑制速度和负载扰动造成的同步误差，可以避免套准误差和张力波动过大造成输入速度阶跃变化，继而引起系统的超调现象，采用多层变异克隆选择算法对自抗扰控制器的参数进行了优选，有效克服了自抗扰控制器参数多，整定困难、耗时、费力的问题。
附图说明
图1是本发明所述凹印机相邻偏差耦合的同步控制结构图。
图2是本发明所述凹印机的自抗扰控制器结构示意图。
图3是本发明所述凹印机基于多层变异克隆算法的自抗扰控制器参数优化原理图。
图4是本发明所述凹印机同步控制系统控制器参数优化原理图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种凹印机相邻偏差耦合的同步控制结构，相邻偏差耦合同步控制结构是一种基于最小相关轴数目思想和相邻偏差耦合同步控制结构而建立的一种控制结构，其原理是：某一轴的反馈信号依次与相邻两个轴的反馈信号相减，然后各自乘以增益Kir(Kir＝Jr/Ji(i为当前轴的序号，r为1时为第i-1轴，r为2时为第i+1轴))后相加，其和作为此轴的同步误差补偿量。这种控制结构考虑了与之相邻的两个轴的状态，因而简化了补偿器的设计，使之在轴数增加时，补偿器的运算量和复杂度也不会变得很庞大。但是同相邻交叉耦合的同步控制结构一样，当轴数较多时，相邻偏差耦合的同步控制结构也存在一定程度上的延时，但其延时现象在无轴传动凹印机的同步系统中基本消失。无轴传动凹印机的同步控制是料带放卷牵引单元、料带印刷单元及料带收卷牵引单元之间的速度协调同步控制，印刷单元要同时考虑色组驱动辊的线速度跟踪性能及辊间的同步性能，而对于放卷牵引单元和收卷牵引单元则要重点强调其驱动辊与印刷单元之间的速度同步性能，即在无轴传动凹印机同步控制系统中，各组成单元对系统跟踪性能和同步性能的要求并非等比例的，对于收放卷牵引单元而言，需要更多地强调其与印刷色组之间的同步性能。因此在相邻偏差耦合的同步控制结构基础上，引入耦合系数因子，满足了凹印机同步控制非等比例耦合速度同步误差和速度跟踪误差的要求；引入半径比，满足了无轴传动凹印机角速度同步的要求；针对套准误差和张力波动对印刷单元和收放卷牵引单元输入速度的影响，在同步控制结构中引入了输入速度补偿机制，设计了无轴传动凹印机同步控制结构。
如图2所示，本发明提供了一种自抗扰控制器，无轴传动凹印机自抗扰控制器由二阶跟踪微分器(TD)、非线性误差反馈控制律模块(NLSEF)及三阶扩张状态观测器(ESO)组成。因为无轴传动凹印机的同步控制系统是一个典型的非线性、不确定性系统，且常常受到扰动的影响，所以非常适合使用自抗扰控制器控制技术进行同步控制。在进行自抗扰控制器的设计时，可以将放卷牵引单元、印刷单元、收卷牵引单元之间的同步误差及套准误差和张力波动造成的速度补偿输入当作一种外扰，将同步控制系统的未建模扰动和未知外部扰动都作为系统的总扰动处理，并在每一个同步轴中用扩张状态观测器进行动态跟踪和在线补偿，然后利用非线性状态误差反馈控制律的非线性配置实现各轴跟踪误差和轴之间同步误差的消除。这样等效于将无轴传动凹印机的同步控制系统分解为单个轴单元的闭环控制问题，即将整个系统的同步控制问题分解为单个轴单元自抗扰控制器的设计问题，有效地降低了控制器设计的复杂度。
如图3所示，本发明中基于现代智能优化技术对无轴传动凹印机同步控制系统自抗扰控制器的参数进行优化，本发明设计了多层变异克隆选择算法的无轴传动同步控制系统控制器算法。在使用算法优化控制器时，通常需要选取一个合适的适应度函数来来评价控制器的性能，这对ADRC(自抗扰控制器)参数的寻优起到关键的作用。本发明将控制系统输出转速瞬时误差e(t)的积分作为多层变异克隆选择算法的目标函数，算法的优化目标函数为：
式中：w1和w2为权系数，一般满足w1>>w2，σ为系统的超调量。
一种无轴传动凹印机同步控制系统，同步控制策略包括有复用器，复用器的输出端与数组并联的分路器的输入端相连；每一路分路器的输出端通过补偿器与比较器相连；电机输出转速的负反馈与分路器、补偿器比较后输入控制器，控制器输出端与驱动单元的输入端相连；驱动单元的输出端端与伺服电机相连；伺服电机的输出转速反馈至复用器的输入端。
设计相邻偏差耦合控制是一种基于最小相关轴数目的控制方案，对每一台被控电机而言，仅考虑相邻两电机的状态。图1所示的多电机同步控制，在同步误差上仅考虑相邻电机的同步误差，只进行相邻电机反馈值做差，最后一个电机和第一个电机反馈值相减，从而实现环形耦合。
所述的控制器为自抗扰控制器，自抗扰控制器(图2)包括有微分跟踪器(TD)，微分跟踪器安排角速度的输入并提取其微分信号。所述非线性误差反馈控制律(NLSEF)是对微分跟踪器(TD)的输入信号及其微分信号和ESO系统观测到收放卷单元、牵引单元角速度的跟踪信号及其微分信号进行非线性配置；所述ESO是对被控对象的状态变量及其扰动信号进行观测。
所述的微分跟踪器采用2阶微分跟踪器。
所述的扩张状态观测器采用3阶扩张状态观测器。
为了消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，针对无轴传动系统非线性、强耦合的特点，设计了2阶ADRC(自抗扰控制器)。考虑到套准误差或张力波动较时角速度输入造成的系统超调，利用TD安排速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号。然后利用3阶ESO获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信号zi1及其微分信号zi2，并对内、外部干扰zi3进行估计和补偿。为了消除耦合误差，采用最速控制函数设计NLSEF以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置。
利用无轴传动凹印机同步控制系统进行控制的方法，包括以下步骤：
步骤一，自抗扰控制器涉及的控制参数较多，通过优化算法对整定的参数寻优，其余参数可根据经验配置为固定值，2阶自抗扰控制器的参数整定优化算法采用多层变异克隆选择算法完成对整定参数补偿因子b，阻尼因子c和精度因子h1的优化寻优；
步骤二，为消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，2阶自抗扰控制器(图2)利用微分跟踪器(TD)安排角速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号，其中ω0为印刷基准角速度输入，ωi 0为收放卷牵引单元和印刷色组单元角速度输入，利用3阶扩张状态观测器获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信号zi1及其微分信号zi2，并对内、外部干扰zi3进行估计和补偿；为了除耦合误差，采用fhan函数设计非线性误差反馈率以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置；
步骤三，多电机同步控制，要达到良好的同步控制性，每台驱动电机都要考虑自身的跟踪误差和其他所有电机的同步误差；系统中各个驱动电机的状态信息反馈先传输到速度补偿器中，再进行比较，求相互间的差值，得到各电机间的状态误差的总和，再用于补偿电机的输入信号，其中xi表示电机i的输出转速；Kin为速度反馈耦合放大增益(图1)，每台电机控制器的输入由三部分组成，第一部分是指令输入信号，第二部分是电机自身速度的反馈信号，第三部分是自身速度与相邻两个电机速度的差值，可通过控制器是的调整实现各电机之间很好的同步性。
自抗扰控制器多层变异克隆算法的具体步骤如下:
Step1:参数设置与初始化，设置个体的搜索范围、种群规模、进化迭代次数，在搜索空间内对个体进行随机初始化；
Step2:计算每个个体的适应值，个体i即为个体历史最佳抗体Pi，抗体群P的全局最佳抗体即为全局历史最佳抗体Pg；
Step3:按照初级变异更新第i个个体,并进行越界处理。计算个体适应值，若当前个i的适应值小于等于历史最佳抗体的适应值Pi，则实时更新对应的历史最佳抗体Pi；若当前个体i的适应值小于等于全局历史最佳抗体Pg，则实时更新种群的全局历史最佳位置Pg；
Step4:所有个体更新完毕，则执行Step5，否则返回Step3；
Step5:按亲和度从小到大对抗体群P中的抗体进行排序，得到临时抗体群P'；
Step6:选择临时抗体群P'的前20％个优质抗体，按照克隆操作和次级变异进行免疫进化操作并进行越界处理，得到成熟的抗体群P*；
Step7:将抗体群P*中优秀的前0.2m个成熟抗体用于替换抗体群P中0.2m个亲和度最差的抗体；
Step8:对临时抗体群P'排序为中间的60％个抗体按贪婪选择机制进行进一步局部单维变异学习并进行越界处理，按照单维变异操作更新原抗体群P中的对应抗体，实现实时更新全局最优抗体；
Step9:若满足算法结束条件，则寻优过程结束并输出寻优结果，否则返回Step3。
基于相邻偏差耦合控制的凹版印刷机同步控制系统，从同步控制系统自抗扰控制器的设计过程可以看出，包括2阶跟踪微分器的滤波因子h0、速度因子r0，3阶扩张状态观察器的补偿因子b等较多的自抗扰控制器参数，基于多层变异克隆选择算法对控制器的参数优化整定。实现了控制系统的超调量、调节时间、稳态误差及目标函数值的减小。本发明的无轴传动凹版印刷机通过相邻偏差耦合控制结构实现了对收放卷单元驱动辊，印刷单元版辊速度同步的控制。通过多层变异克隆控制算法完成对ADRC参数优选和整定。使本发明的控制结构和控制器及算法表现出更好的鲁棒性，有效提高了印刷电子器件的制造精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种无轴传动凹印机同步控制系统，其特征在于，包括有复用器，复用器的输出端与数组并联的分路器的输入端相连；每一路分路器的输出端均通过一个补偿器与比较器相连；电机输出转速的负反馈与分路器、补偿器比较后输入控制器；控制器的输出端与驱动单元的输入端相连；驱动单元的输出端端与伺服电机相连；伺服电机的输出转速反馈至复用器的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种无轴传动凹印机同步控制系统，其特征在于，所述的控制器为自抗扰控制器，自抗扰控制器包括有微分跟踪器，非线性状态误差反馈控制律，扩张状态观测器，所述微分跟踪器安排角速度的输入并提取其微分信号；非线性状态误差反馈控制律是对微分跟踪器的输入信号及其微分信号和ESO系统观测到收放卷单元、牵引单元角速度的跟踪信号及其微分信号进行非线性配置；所述ESO是对被控对象的状态变量及其扰动信号进行观测。
3.根据权利要求1所述的一种无轴传动凹印机同步控制系统，其特征在于，所述的微分跟踪器采用2阶微分跟踪器。
4.根据权利要求1所述的一种无轴传动凹印机同步控制系统，其特征在于，所述的扩张状态观测器采用3阶扩张状态观测器。
5.利用无轴传动凹印机同步控制系统进行控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，自抗扰控制器涉及的控制参数较多，通过优化算法对整定的参数寻优，其余参数可根据经验配置为固定值，2阶自抗扰控制器的参数整定优化算法采用多层变异克隆选择算法完成对整定参数补偿因子b，阻尼因子c和精度因子h1的优化寻优；
步骤二，为消除耦合误差量，实现角速度的准确跟踪与协调同步，2阶自抗扰控制器利用微分跟踪器安排角速度输入信号的过渡过程，并提取其微分信号，其中ω0为印刷基准角速度输入，ωi 0为收放卷牵引单元和印刷色组单元角速度输入，利用3阶扩张状态观测器获得收放卷牵引单元、印刷色组单元角速度输出的跟踪信zi1及其微分信号zi2，并对内、外部干扰zi3进行估计和补偿；为了除耦合误差，采用fhan函数设计非线性误差反馈率以对跟踪误差、同步误差及其导数进行非线性配置；
步骤三，多电机同步控制，要达到良好的同步控制性，每台驱动电机都有其跟踪误差和其他所有电机的同步误差；系统中各个电机的状态信息反馈先传输到速度补偿器中，再进行比较，求相互间的差值，得到各电机间的状态误差的总和，再用于补偿电机的输入信号，其中xi表示电机i的输出转速；Kin为速度反馈耦合放大增益，每台电机控制器的输入由三部分组成，第一部分是指令输入信号，第二部分是电机自身速度的反馈信号，第三部分是自身速度与相邻两个电机速度的差值，可通过控制器是的调整实现各电机之间很好的同步性。
6.根据权利要求5所述的利用无轴传动凹印机同步控制系统进行控制的方法，其特征在于，所述的多层变异克隆选择算法，包括以下步骤：
Step1，参数设置与初始化，设置个体的搜索范围、种群规模、进化迭代次数，在搜索空间内对个体进行随机初始化；
Step2，计算每个个体的适应值，个体i即为个体历史最佳抗体Pi，抗体群P的全局最佳抗体即为全局历史最佳抗体Pg；
Step3，按照初级变异更新第i个个体,并进行越界处理，计算个体适应值，若当前个i的适应值小于等于历史最佳抗体的适应值Pi，则实时更新对应的历史最佳抗体Pi；若当前个体i的适应值小于等于全局历史最佳抗体Pg，则实时更新种群的全局历史最佳位置Pg；
Step4，所有个体更新完毕，则执行Step5，否则返回Step3；
Step5，按亲和度从小到大对抗体群P中的抗体进行排序，得到临时抗体群P'；
Step6，选择临时抗体群P'的前20％个优质抗体，按照克隆操作和次级变异进行免疫进化操作并进行越界处理，得到成熟的抗体群P*；
Step7，将抗体群P*中优秀的前0.2m个成熟抗体用于替换抗体群P中0.2m个亲和度最差的抗体；
Step8，对临时抗体群P'排序为中间的60％个抗体按贪婪选择机制进行进一步局部单维变异学习并进行越界处理，按照单维变异操作更新原抗体群P中的对应抗体，实现实时更新全局最优抗体；
Step9，若满足算法结束条件，则寻优过程结束并输出寻优结果，否则返回Step3。
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| CN202110016458.6A CN112821809A (zh) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | 一种无轴传动凹印机同步控制系统及其控制方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114415519A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 佛山智能装备技术研究院 | 一种adrc扩张观测器参数快速收敛的实时优化方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105353623A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-02-24 | 西安理工大学 | 一种基于自抗扰控制的凹印套准控制方法 |
| CN108646572A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-10-12 | 广西师范大学 | 一种基于bp神经网络与自抗扰控制器相结合的三轴云台伺服电机的控制方法 |
| CN108717304A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-30 | 南昌工程学院 | 风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统及控制方法 |
-
2021
- 2021-01-07 CN CN202110016458.6A patent/CN112821809A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105353623A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-02-24 | 西安理工大学 | 一种基于自抗扰控制的凹印套准控制方法 |
| CN108717304A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-30 | 南昌工程学院 | 风力机叶片多激振器同步疲劳加载控制系统及控制方法 |
| CN108646572A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-10-12 | 广西师范大学 | 一种基于bp神经网络与自抗扰控制器相结合的三轴云台伺服电机的控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘成 等: "无轴传动凹版印刷机的相邻偏差耦合同步控制", 《振动、测试与诊断》 * |
| 石建平 等: "基于改进克隆选择算法的自抗扰控制参数整定", 《组合机床与自动化加工技术》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114415519A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 佛山智能装备技术研究院 | 一种adrc扩张观测器参数快速收敛的实时优化方法 |
| CN114415519B (zh) * | 2022-01-25 | 2023-11-28 | 佛山智能装备技术研究院 | 一种adrc扩张观测器参数快速收敛的实时优化方法 |
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