[发明专利]一种基于相邻交叉耦合的多电机固定时间自适应滑模控制方法

说明书

一种基于相邻交叉耦合的多电机固定时间自适应滑模控制方法，包括以下步骤:步骤1，建立多电机系统模型，初始化系统状态及控制参数；步骤2，设计相邻交叉耦合控制策略；步骤3，基于相邻交叉耦合控制策略，设计固定时间自适应滑模控制器。本发明能够有效改善传统有限时间滑模控制在多电机系统控制中的收敛速度问题，并在一定程度上提高系统的鲁棒性，使多电机系统能够实现精确同步和跟踪控制。

技术领域

本发明涉及一种基于相邻交叉耦合的多电机固定时间自适应滑模控制方法，特别是对系统干扰和不确定项均未知的多电机系统的固定时间自适应滑模控制方法。

背景技术

多电机系统在机械加工及多关节机器人等高技术领域已获得广泛应用，在现代化工业制造中扮演着不可或缺的角色。而多电机系统性能指标的评判可以分为两个：一个是同步控制精度，另一个是跟踪控制精度，围绕着这两点，国内外学者已经从事了几十年的研究。对于提高多电机的同步控制精度，学术界已提出多种同步控制策略，如主从控制，环形耦合控制，主令控制等。在同步控制策略的基础上，选择合适的控制算法有益于提高多电机控制系统的控制精度，主流的控制算法有鲁棒控制，神经网络控制，模糊控制，滑模控制等，其中滑模控制因其结构简单，对参数变化不敏感，鲁棒性强，可靠性高等优点，越来越多的在多电机系统中得到应用。

在传统的有限时间滑模控制中，由于其收敛时间与初始值的大小有关，因此当初始值不同时，收敛时间也将存在不定性，影响其收敛速度，且收敛速度慢。特别是当初始值趋于无穷时，收敛时间也将趋于无穷，也就是系统无法收敛。因此，如何消除初始值对收敛速度的影响，提高收敛速度，是滑模控制在多电机系统控制中急待解决的问题。

发明内容

为了克服现有带有干扰及不确定项的多电机系统中滑模控制的收敛速度较慢、多电机系统的鲁棒性较低的不足，本发明提供了一种收敛速度较快、多电机系统的鲁棒性较高的基于相邻交叉耦合的多电机固定时间自适应滑模控制方法，该方法采用估计多电机系统中所包含的干扰和不确定项的方法，并基于估计值设计了固定时间滑模控制器，确保多电机系统的收敛速度。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种基于相邻交叉耦合的多电机固定时间自适应滑模控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1,建立多电机系统模型，初始化系统状态及控制参数，过程如下：

1.1,多电机系统模型表示成如下形式

其中q＝[q₁…q_n]^T是电机的转角；J₀＝diag([J₁…J_n])和ΔJ＝diag([ΔJ₁…ΔJ_n])分别是电机的给定转动惯量和不确定转动惯量；和分别是电机的给定摩擦项和不确定摩擦项；G₀＝[G₁…G_n]^T和ΔG₀＝[ΔG₁…ΔG_n]^T分别是电机的给定重力项和不确定重力项；u＝[u₁…u_n]^T是电机输入转矩；ρ＝[ρ₁…ρ_n]^T表示电机的干扰及不确定项；d＝[d₁…d_n]^T表示电机的干扰；y＝q是系统的输出；

1.2,定义状态变量x₁＝q，则多电机系统方程写成如下状态空间形式

其中，y＝x₁是系统的输出；

步骤2,相邻交叉耦合控制策略设计，过程如下：