[发明专利]基于总量一致的多电机抗饱和滑模跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于总量一致的多电机抗饱和滑模跟踪控制方法。第一：根据永磁无刷电机电压、转矩平衡方程，考虑参数摄动和负载转矩扰动，建立多电机牵引系统的数学模型；第二：根据多电机牵引系统的数学模型，设计滑模干扰观测器，观测出由参数摄动和负载转矩扰动合并而成的未知复合干扰值；第三：根据多电机牵引系统数学模型的相关参数，设计辅助抗饱和系统；第四：结合滑模变结构理论，引入干扰观测值和辅助系统状态，设计出总量协同跟踪控制器；本发明采取基于总量一致的多电机抗饱和滑模跟踪控制方法，弥补了现有总量一致理论中饱和约束引起的性能下降；同时，本方法也适用于多电机系统中多个电机均饱和的情况。

技术领域

本发明涉及牵引力矩总量协同控制领域，更具体地，涉及一种基于滑模变结构的多电机牵引力总量协同抗饱和控制方法。

背景技术

饱和受限是实际工程中常出现的非线性问题，无论是运输控制技术中的输入饱和，还是交通网络中的流量饱和，都会影响到整个运输效率，严重时甚至造成交通事故。饱和一词起源于PI控制中的积分器，Kothare提出了传统抗饱和的统一框架，然后结合现代控制技术，Tarbouriech和Turner进一步发展了现代抗饱和技术。近些年，伴随着数学理论的发展，有利用Nussbaum函数、光滑函数或均值定理组合处理饱和的；也有将抗饱和补偿器分为静态和动态两类，利用补偿思想处理饱和的：Hussain等人研究了一种静态抗饱和补偿器，降低了保守性且实现简单；随后，Hussain和Turner等人提出了一种鲁棒非线性动态抗饱和补偿器，使饱和衰减更快；同时，利用线性矩阵不等式(LMI)求解抗饱和补偿器的参数，可扩大吸引域的估计。最近，利用辅助抗饱和系统直接补偿控制输入的研究比较热门。总之，抗饱和的技术日趋完善，但随着大规模运输和高度复杂化的工业网络，使多电机牵引系统得以广泛应用，特别在轨道交通、航空运输和机器人等领域。所以，结合现代抗饱和技术，解决复杂多电机牵引系统中的饱和问题是极具有挑战性和实际工程意义的。

对于实际工程中由多电机牵引的重载机车，必然存在由复杂、恶劣环境引起的参数摄动和负载转矩扰动，基于滑模变结构的控制策略常采取增大滑模切换增益的方法来抵消扰动，但这样也会增大控制输入从而引起输入饱和的问题；同时，当机车正常运行或某轮对发生空转或滑行的时候，在目前的总量协同控制中，都极有可能引起牵引电机输入饱和的问题，这会影响机车的总量牵引性能，严重时甚至造成事故。输入饱和是实际工程中常出现的非线性问题，不能进行线性化处理，这给控制策略的设计带来了极大的困难。

发明内容

本发明针对现有技术中，多电机在总量一致理论下输入饱和问题在实际工程中出现的非线性情况，不能进行线性化处理的问题，提供基于总量一致的多电机抗饱和滑模跟踪控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于总量一致的多电机抗饱和滑模跟踪控制方法，包括以下步骤：

S1、根据永磁无刷电机电压、转矩平衡方程，考虑参数摄动和负载转矩扰动，建立多电机牵引系统的数学模型；永磁无刷电机电压、转矩平衡方程为：

其中：R_j，L_j分别表示电枢电路的电阻和电感，i_j为电枢电流，ω_j为电机齿轮箱的输出角速度，u_j为电枢电路输入端口的电压，k_ej为反电动势常数，k_tj为齿轮箱的传动比，J_0j和J_1j分别表示电机和齿轮头的转动惯量，b_0j和b_1j分别表示电机和齿轮头的粘滞摩擦系数，k_mj为电机转矩常数，T_Lj为负载转矩，T_ej为电机输出转矩。

多电机牵引系统的数学模型为：