[发明专利]基于改进型相邻交叉耦合的多电机比例同步控制算法

说明书

技术领域

本发明属于多电机同步控制技术，特别是一种基于智能控制算法的多电机比例同步控制。

背景技术

在纺织、造纸、薄膜收卷等系统中，多电机同步控制的问题广泛存在。常见的多电机同步关系为ω1=ω2=…=ωn，即各电机的速度同步比例系数都为1，它是最简单的同步关系。但在实际生产如薄膜拉伸收卷时，为保证薄膜以一定的张力运行，电机之间的速度需要按一定比例递增，即ω1:ω2:…:ωn = μ1:μ2:…:μn。多电机同步控制的好坏直接影响系统的可靠性和控制精度。

传统的同步控制结构主要包括并行控制，主从控制，虚拟总轴控制等，控制精确度不高。为提高控制精度，Koren提出并联交叉耦合结构,可是当电机数目n>2时,因补偿规律很难确定而不适用(1.Yoram Koren. Cross-coupled biaxial computer controls for manufacturing systems[J]. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 1980, 102(4), 265-272)。Perez-Pinal提出了适用于电机数目n>2的偏交叉耦合控制,它能够很好地实现同步性能，但是当电机数目过多时,控制结构非常复杂(2.Perez-Pinal, F.J., Calderon,G., Araujo-Vargas,I. Relative Coupling Strategy[C]// IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003:1162-1166)。2002年Shih等人在此基础上提出了相邻交叉耦合控制结构，对每台电机而言,只考虑相邻两台电机转速的影响,相对偏交叉耦合，控制结构大大地简化。但由于交流调速系统的动态特性，存在内部参数时变、非线性和负载变化等因素，人们很难建立受控过程准确的数学模型，使该策略的应用受到限制(3.Yi-Ti Shih, Chin-Sheng Chen, An-Chen Lee. A novel cross-coupling control design for Bi-axis motion[J]. International Journal of Machine Tool and Manufacture, 2002, 42(14):1539-1548)。2008年曹玲芝等人在相邻交叉耦合的基础上加入了滑模控制器，它能降低外界扰动和内部参数变化带来的影响，得到很高的同步控制精度(4.CAO L Z, LI C W, NIU C, et al. Synchronized sliding-mode control for multi-induction motors based on adjacent cross-coupling[J]. Electric machines and control, 2008, 12(5):586-592.  5.LI C W, ZHAO D Z, REN J. Total sliding mode speed synchronization control of multi induction motors[J]. Systems Engineering Theory and Practice, 2009,29(10):110-117)。它适用于比例系数为1的多电机同步控制，当多电机之间需要以一定比例同步时，该算法的设计较为复杂，在应用中有一定难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进型相邻交叉耦合和模糊PID控制器的同步控制算法，从而实现多电机的任意比例同步控制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于改进型相邻交叉耦合的多电机比例同步控制算法对相邻交叉耦合控制结构进行改进，将多电机同步系统分为n个同步子系统，定义相邻交叉耦合控制结构中每个同步子系统的控制参数，增加了比例环节，再对每个同步子系统的控制参数进行重新定义，并建立重新定义的控制参数的关系方程组，使多电机同步系统中各电机之间的转速按比例同步运行；在每个同步子系统中，包括3个参数模糊自整定PID控制器，分别实现一个跟踪误差控制功能和两个同步误差控制功能。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）对相邻交叉耦合控制结构进行了改进，在原有基础上增加比例环节，对控制参数进行重新定义，并建立重新定义的控制参数的关系方程组。该改进型控制结构不仅能实现多电机的速度完全同步，还能实现多电机以任意比例进行同步。