[发明专利]多电机系统自适应快速终端滑模同步控制方法

说明书

一种基于均值耦合误差的多电机系统有限时间位置同步控制方法，针对一个考虑扰动影响的多电机系统，将位置跟踪误差和均值耦合误差组合得到复合误差，利用复合误差，结合快速终端滑模控制方法与自适应方法，设计了一种自适应快速终端滑模同步控制方法；复合误差用于同时确保系统的位置跟踪性能和同步性能；终端滑模控制方法用于保证系统的快速稳定收敛；自适应方法用于估计系统的未知扰动。本发明提供了一种能够同时保证系统的位置跟踪性能和同步性能，并且能有效补偿系统未知扰动的控制方法，实现系统的快速稳定控制。

技术领域

本发明涉及一种基于均值耦合误差的多电机系统自适应快速终端滑模同步控制方法，特别是带有未知扰动的多电机系统的同步控制方法。

背景技术

一直以来，多电机系统在工业生产中有着举足轻重的地位，且随着现代工业的发展，对多电机系统的控制精度与抗扰性要求越来越高。从传统的轧钢机、造纸机，印刷机，到现在的工业机器人、小型四旋翼无人机等都是多电机系统的应用领域。通常来说，这些多电机系统都需要保持各电机同步运行，较差的同步性能会导致次品增多，指定任务无法完成，甚至损害设备本身。因此，提高多电机系统的同步性能具有重要意义。然而，实际应用中存在许多影响多电机系统同步性能的因素。比如设备的参数变化，运行中的负载扰动等，这些不可预知的干扰对多电机系统的抗扰能力与系统的同步性能提出了巨大考验。可见，研究高精度的多电机同步控制方法具有十分重要的应用价值。

关于同步方法，最早由Koren针对双轴运动系统提出交叉耦合同步方法，该方法良好地解决了各电机的期望轨迹跟踪与同步问题，但是受到控制复杂度的限制，该方法仅适用于电机数目为2的情形。为了便于工程拓展，偏差耦合同步方法被提出，但是当电机数目较多时该同步方法仍面临控制复杂度过高的问题。为此，一些改进型同步方法被提出，例如环耦合控制、相邻耦合控制等。随着电机数目增多，这些改进型同步方法的控制复杂度不会随之上升，但是同步控制性能却会随之下降。因此，研究一种电机数目增多时控制复杂度不会上升，且同步性能不会下降的同步方法具有重要意义。

关于控制方法，滑模控制在解决系统不确定性和外部扰动方面被认为是一个有效的鲁棒控制方法。滑模控制方法具有算法简单、响应速度快、对外界噪声干扰和参数摄动鲁棒性强等优点。因此，滑模控制方法被广泛应用于机器人、电机、飞行器等领域。然而，传统的线性滑模控制和终端滑模控制分别存在渐进收敛和奇异值问题。非奇异快速终端滑模控制能在保证系统有限时间收敛的同时解决奇异值问题，成为了滑模控制领域一个热点研究方向。此外，在控制器设计过程中，如何对扰动进行补偿直接影响着系统在扰动下的工作性能。通常采用自适应方法对扰动进行实时估计，然后根据估计值进行补偿，从而无需关于扰动上界的先验知识。

发明内容

为了克服现有的多电机系统控制方法的在未知扰动作用下无法兼顾跟踪性能与同步性能的不足，本发明将跟踪误差与均值耦合误差组合得到复合误差，利用复合误差，提出了一种基于均值耦合误差的多电机系统自适应快速终端滑模同步控制方法，保证系统快速稳定收敛。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种多电机系统自适应快速终端滑模同步控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1，建立多电机系统的动态模型，初始化系统状态、采样时间以及控制参数；

一个由n台电机组成的多电机系统，其动态模型描述为