[发明专利]一种基于自抗扰的多电机运动同步改进型相邻耦合控制方法

说明书

技术领域

本发明属于多电机同步控制方法领域，涉及一种基于自抗扰控制的多电机同相邻耦合同步控制方法，特别是对于含有不确定扰动项的多电机同步控制和跟踪控制。

背景技术

多电机同步控制系统在近些年来变得越来越重要并且有着广泛的应用，例如造纸，电梯，自动织布机，自动轧钢机，装配制造等领域。在这些制造领域中，有一个共同的特点就是负载是被两个或者两个以上的电机驱动运转的。我们的目的是控制负载去实现对预定轨迹的准确跟踪。在多电机运行的过程当中，如果有较大的速度同步误差，可能会导致控制系统不稳定甚至更糟，比如设备停机或者损坏。因此，一个好的速度同步性能在多电机同步控制系统中占据着重要的位置。

在过去的几十年间，已经有多种常见的同步控制策略别提出并被应用在多电机同步驱动系统当中，主要包括主令控制，主从控制，交叉耦合控制，电子虚拟轴控制，环耦合控制，相关耦合控制。在主令控制方式当中，所有的电机被等同对待，每一个电机都会接收同一个指令信号，但是这种方法仅仅适用于结构简单的系统，并且当系统受到干扰的时候，同步性能会变得很差。主从控制方法必须设定一个电机作为主电机，其他的电机被当作从电机，从电机将会跟随者主电机运转，但是反过来不会，所以一旦受到了外部扰动，在主电机和从电机之间会有较大的稳态误差。在交叉耦合控制方法中，两个电机差值被当作反馈信号去补偿同步误差，但是这个方法不能够应用于超过两个电机的系统当中。电子虚拟轴是基于机械轴的思想设计出来的，虚拟轴是形式意义上的主轴，由它带动其他轴运转，同时其它轴的速度信息也被反馈到虚拟轴上用以消除同步误差。然而由于负载变化太大，这种方式会导致虚拟主轴不稳定。环耦合控制具有优良的同步性能，但是它仅仅考虑了相邻两个电机的同步，因此，它的误差收敛速度会慢于其它的控制策略。相关耦合控制尽管电机间的误差传递速度较快，但是随着电机数目的增加系统将会变得很复杂。

发明内容

为了解决多电机同步控制性能较差且在受扰动情况下速度同步性能不理想的问题，本发明设计了一种基于自抗扰的多电机同步控制方法，该方法采用改进的相邻耦合控制策略，控制信号的反馈不仅有单个电机的速度信号，而且有相邻两个电机的速度信号，最终的同步误差反馈信号由耦合系数来确定；同时，结合积分滑模技术来设计同步控制器，使得多电机系统具有鲁棒性强且误差较小的特点。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

一种基于自抗扰的多电机运动同步改进型相邻耦合控制方法，该控制方法包括以下步骤：

步骤1,建立永磁同步电机数学模型，并给出控制参数；

1.1,采用表贴式永磁同步电机作为驱动电机，其在quadrature-direct(d-q)轴下的数学模型为：

其中，u_d,u_q分别表示定子的d轴电压和q轴电压；i_d,i_q分别表示定子的d轴电流和q轴电流；ψ_d,ψ_q分别表示定子的d轴磁链和q轴磁链；L_d,L_q分别是在d、q轴上的定子绕组的电感；ψ_f表示转子永磁体产生的磁链；R_s是定子电阻；ω_i是第i,i＝1,…,n,个电机转子的速度，n是正常量；

1.2,永磁同步电机的电磁转矩方程表示为

其中m是电机极对数；考虑到L_d＝L_q,则(2)式变为

1.3，永磁同步电机的机械运动方程表示为

其中，J表示电机转动惯量；T_L是电机负载转矩；b是电机的粘滞摩擦系数；

1.4，将(3)式代入(4)式当中，获得以下的关系式

1.5，定义x_i(t)＝ω_i(t)，i_q＝u_i，则式(5)转化为

1.6，考虑到随机扰动和参数变化的存在，式(6)转换成以下的形式

其中，D_i是随机扰动和参数变化的总和，满足|D_i|≤l，l是正常量，其表达式为