[发明专利]一种基于动态面多直流无刷电机位置协调控制方法

说明书

本发明公开一种基于动态面多直流无刷电机位置协调控制方法，采用非线性干扰观测器对单电机未建模动态与外部负载干扰进行观测并进行补偿，降低单电机干扰对多电机位置协调控制的影响，本发明采用环形耦合策略对多电机位置协调误差进行补偿，本发明对引入位置协调误差补偿与干扰补偿的直流无刷电机，设计基于动态面自适应反演滑模控制器，用一阶滤波器计算虚拟控制量的导数，消除传统反演法对虚拟控制量求导引起微分项膨胀的问题并且避免在环形耦合控制策略下协调误差的高阶导数复杂导致控制律难以求出的问题，对干扰观测误差上界设计自适应律，估计干扰观测误差上界，以干扰观测误差上界的估计值作为滑模切换增益，减小反演滑模控制抖振水平。

技术领域

本发明涉及一种基于动态面多直流无刷电机位置协调控制方法，属于多电机协调控制技术领域。

背景技术

随着近年来伺服技术的发展，多电机驱动系统的应用已经非常普遍，而且随着生产中对各种产品质量要求的不断提高，对多电机驱动系统的协调运行性能的要求也越来越高。因此,多电机驱动系统协调控制是运动控制研究领域的重要课题之一，它被广泛地应用于纺织、造纸、拉拔、印染、轧钢等制造与生产过程的自动化控制系统中。在有多电机驱动系统的工业生产中，系统的协调性能的优劣直接影响工业产品的质量，严重时可能会给企业带来不可估量的损失。因此，对多电机驱动系统的协调控制进行研究具有非常重要的应用价值。

为提高多电机协调性能，各种协调控制策略被提出。非耦合协调控制策略首先被应用于工业中，主要包括主令参考式控制、主从控制和虚拟电子主轴控制。其中，主令参考式控制和主从控制结构比较的简单，实现较为容易，但鲁棒性不强，虚拟电子主轴控制在此基础上增加了反馈环节，形成闭环控制，提高了协调性能，但仍有调节滞后的问题存在。随着研究的不断深入,越来越多的耦合协调控制策略被提出，其中包括交叉耦合以及偏差耦合等。但是交叉耦合一般只适用于两台电机的协调控制，偏差耦合可以用于两台电机以上的电机协调系统，但是随着电机数目的增多，每台电机所需耦合的同步误差数增加，其控制结构的复杂程度逐渐增加，耦合补偿规律也更加难以确定。

经过多年的研究,已经有多种控制方法被应用在多电机协调控制当中。主要有反演控制算法、鲁棒算法、模糊控制以及滑模控制等控制方法。多电机协调系统作为一个多变量、强耦合的非线性的控制系统，多电机模型不能得到准确的测定。然而传统的反演控制需要电机精确的建模信息且无法克服扰动。反演推导过程中对虚拟控制求导过程中会引起微分项膨胀，同时在耦合控制策略下对虚拟控制量求导时需要耦合量的高阶导数，而耦合量的高阶导数难以确定。鲁棒算法抗干扰能力强，但控制精度不高。模糊控制的实现依赖于操作者的经验，其应用范围受到了限制。滑模变结构控制具有快速性、强鲁棒性和实现简单等优点。但是滑模控制，往往需要很大的切换增益来消除外加干扰和不确定项，很大的切换增益将造成严重的抖振问题，恶化控制效果。

总结来说，现有的多电机协调控制技术的不足之处主要有以下几点：

1、忽略了单电机系统未建模动态与外部负载的干扰对多电机协调控制的影响。

2、传统的反演控制方法需要直流无刷电机精确的建模信息且无法克服扰动，且对虚拟控制量的求导会导致微分项的膨胀问题。

3、经过耦合补偿后的电机系统，控制律受耦合量高阶微分复杂性的影响，难以求得。

4、传统的滑模控制，往往需要很大的切换增益来消除外加干扰和不确定项，很大的切换增益将造成严重的抖振问题，恶化控制效果。

发明内容