[发明专利]一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法

权利要求书

1.一种基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、建立单个叶片驱动电机的数学模型；

S2、建立驱动电机与叶片间传动机构的数学模型；

S3、单个叶片位置控制器设计及控制器参数优化：采用分数阶PID控制器作为每个叶片驱动电机的控制器，并采用粒子群算法对分数阶PID控制器的参数进行优化；

S4、多叶片协同控制方法设计：采用交叉耦合控制方法实现多叶片协同控制；

交叉耦合控制系统模型为:

其中τ为n×1维控制输入，x为n×1维的坐标向量，M为正定惯性矩阵，C为哥氏力向量，F为n×1维摩擦力扰动向量；

根据编码器反馈得到每个电机的运行状态，得到每个叶片的位置误差，把每个叶片的位值误差作为交叉耦合控制器的输入，产生交叉耦合控制器的输出，以弥补偏差，满足叶片到位精度；

位置误差与控制系统中控制输入τ的关系描述为：

其中，e为跟踪误差，E为耦合位置误差，(I+αT)为对角矩阵，K_P为控制策略比例环节所采用的比例增益系数，K_D为控制策略微分环节所采用的微分增益系数，K_e为控制策略耦合位置误差增益系数；

S5、交叉耦合控制器各参数的整定优化：采用粒子群算法对交叉耦合控制器的各参数进行优化。

2.根据权利要求1所述的基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于：上述步骤4中，在不影响控制精度的前提下，为了简化交叉耦合控制器的设计，对得到的耦合位置误差分别求一阶导数和二阶导数，然后再作为交叉耦合控制器的输入；

具体地，定义第i个电机的驱动叶片到达期望位置的耦合位置误差：

式中，C_i是同步系数，β是恒定的对角正定矩阵，其值决定了耦合误差中同步误差的权重，ε为同步误差；

对E_i分别求一阶导数和二阶导数得：E_i′＝C′_ie_i+C_ie′_i+β(ε_i-ε_i-1)，E″_i＝C″_ie_i+2C′_ie′_i+C_ie″_i+β(ε′_i-ε′_i-1)。

3.根据权利要求1或2所述的基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于：上述步骤1中，驱动电机采用无刷直流电动机，根据驱动电动机的特征方程建立其数学模型，并通过编码器实现对驱动电机的精确控制；

驱动电动机的特征方程表示为：

v_emf＝K_bω(t) (2)

T(t)＝K_ti(t) (3)

式中：v_app为定转子回路外加电压，ω(t)为电机转速，L是定子电感，i(t)为电流，R为定子电阻，v_emf是方向电动势，T为电机转矩，D是粘性阻尼系数，J为转动惯量，K_t为电机转矩常数，K_b为反向电动势常数；

由无刷直流电动机的特征方程得到其传递函数：

4.根据权利要求1或2所述的基于交叉耦合的多叶准直器叶片协同工作的控制方法，其特征在于：上述步骤2中，驱动电机与叶片间传动机构的数学模型，即其传递函数表示为K_c/s，其中K_c为传动机构开环增益。