[发明专利]一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法

权利要求书

1.一种掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）建立驱动系统的传递函数模型，所述传递函数模型包括多个输入与单个输出； 

（2）分解出每个所述输入与所述输出的关系，得到多个实际模型，每个所述实际模型包括单个所述输入与单个所述输出； 

（3）利用辨识方法，辨识每个所述实际模型的一阶预测模型； 

（4）利用可测扰动前馈补偿，设计预测函数控制器； 

其中，所述输入包括所述驱动系统的执行器的输入与所述驱动系统的可测扰动，所述输出为所述驱动系统的可测输出。 

2.如权利要求1所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，所述掘进机主驱动系统为掘进机刀盘驱动系统。 

3.如权利要求2所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，所述驱动系统的执行器的输入为所述掘进机刀盘驱动系统的感应电动机的力矩输入。 

4.如权利要求3所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，所述可测扰动为所述掘进机刀盘驱动系统的负载力矩。 

5.如权利要求4所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，所述可测扰动为所述掘进机刀盘驱动系统的齿轮啮合传递误差变化率。 

6.如权利要求5所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，所述驱动系统的可测输出为所述掘进机刀盘驱动系统的角速度。 

7.如权利要求6所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，步骤（2）中所述实际模型包括所述刀盘驱动系统被控对象模型，所述被控对象模型为： 

其中，J_d＝J_g+J_z，b_d＝b_g+b_z，

其中，ω_m为大齿轮角速度，T_e为感应电动机输入力矩，q为减速器的减速比，n为小齿轮个数，i_m为齿轮传动比，c_i为啮合阻尼参数，k_i为啮合刚度参数，r_i为小齿轮半径，J_g为感应电动机转动惯量，J_z为联轴器转动惯量，b_g为感应电动机阻尼系数，b_z为联轴器阻尼系数，J_m为大齿轮转动惯量，b_m为大齿轮阻尼系数，J_c为 小齿轮转动惯量，b_c为小齿轮阻尼系数。 

8.如权利要求7所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，步骤(3)中辨识的所述被控对象的预测模型的输出公式为： 

s_m(n)＝a_ms_m(n-1)+b_mK_me(n-1)， 

其中，e(n-1)为所述被控对象的模型的输入信号，T_s为采样周期，T_m为一阶预测模型的时间常数，b_m＝1-a_m，K_m为一阶预测模型的增益。 

9.如权利要求8所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，步骤(4)中设计的预测函数控制器的输出的计算公式为： 

其中，Setpoint是设定值，h为预测步长，S_DVm(n)为实际扰动模型输出，S_Lpert(n+h)为可测干扰辨识模型的自由输出，S_Fpert(n+h)为可测干扰辨识模型的约束输出，s_p为实际被控对象模型的输出，s_m为被控对象预测模型的输出，K_m为一阶预测模型的增益； 

其中，l_h＝1-λ^h， 

选取指数函数作为参考轨迹，则 

其中，T_s为采样周期。 

10.如权利要求1所述的掘进机主驱动系统转速的预测函数控制方法，其特征在于，步骤（3）中辨识预测模型的形式为： 

其中，T_m为一阶预测模型的时间常数，K_m为一阶预测模型的增益。