[发明专利]一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法

说明书

本发明公开了一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法，通过设计单永磁同步电机的控制算法、确定双电机驱动系统的同步控制结构、建立双永磁同步电机动态数学模型、将数学模型写成奇异摄动系统的形式、分解子系统、分解最优状态调节问题和性能指标、求解子系统Riccati方程、子系统最优解合并为主系统的最优解，从而实现对双永磁同步电机协调控制的优化；可实现通过减少电机间的同步误差来实现双永磁同步电机协调控制，而不是依靠实现单台电机的跟踪误差和控制精度来实现电机间协调控制；设计简单、容易理解、计算量小、实用性强；利用奇异摄动理论降低了系统的求解阶次更加减小了系统设计时的计算量。

技术领域

本发明涉及一种双电机协调控制优化方法，属电力电子与电力传动技术领域，具体是一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法。

背景技术

随着工业应用技术水平的不断提高，传统的单电机驱动方案已经不能满足复杂系统的控制要求，所以我们逐渐开始研究多电机驱动方案。多电机系统在众多领域中有着广泛的应用，例如造纸、带式输送机、航空航天、轨道交通[4]等领域。多电机协调系统的好坏直接影响着直接影响生产效率和产品质量，甚至还涉及设备使用寿命和工作环境安全等问题。多电机同步控制系统中，各个电机在实际工作运行过程中，由于每台电机的内部的参数不可能完全相同、外界负载的可能发生突变以及运行过程中存在随机干扰和噪声等，因此往往很难保持各电机的输出转矩或者速度达到同步。经过对现有的关于多电机协调控制方法相关文献的检索发现，涉及的控制方法主要分为经典控制策略、现代控制策略、智能控制策略和前三者组合而成的混合控制策略，例如PID控制、滑膜控制、自适应控制、模糊PID控制、自适应滑模控制、自适应神经网络控制等。PID控制结构简单、参数容易调整，但是在一些复杂过程的控制中有超调大、鲁棒性不强等缺点；滑模控制解决非线性系统的控制问题，但同时带来抖振问题；自适应控制能够有效克服被控对象参数变化的干扰，它的不足之处在于，数学模型、算法复杂，辨识、校正较慢；神经网络控制具有非线性映射能力、有学习能力和智力处理能力等，但是其控制算法相对复杂，数据计算量大；模糊PID控制鲁棒性强、动态响应好、调节效果好，能实现系统解耦，但是模糊控制的规则制定主要依赖于专家意见，且一经确定不能改变；自适应滑模控制方法最大限度地减少控制成本，也减少了因滑模控制引起的抖振现象，但是却增加了系统复杂性和物理实现难度的缺点。因此，尽管多电机协调控制的研究已经取得了很多成果，但仍有相关学者和工程专家对于这个具有挑战性的重要难题进行研究和探讨，以满足当前对复杂工况中多电机驱动系统的高效运行、高控制精度的迫切要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法，可确保减小整个系统同步误差为控制目标，实现多电机驱动系统的速度同步和功率平衡。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法，包括以下步骤：

S10、根据现有方法，设计单永磁同步电机的控制算法，保证单台电机具有比较好的控制性能；

S20、选择两台电机的联接特点，确定双电机驱动系统的同步控制结构；

S30、建立双永磁同步电机驱动系统的协调控制下的动态数学模型；

S40、根据奇异摄动理论，将步骤S30中的数学模型写成奇异摄动系统的形式，将系统中慢、快变量分别提出来；

S50、将奇异摄动系统分解成慢、快两个子系统；

S60、将奇异摄动系统的最优状态调节问题和性能指标分解为慢、快两个子系统调节问题；

S70、通过求解两个子系统的Riccati方程，得到慢、快两个子系统的最优解；

S80、通过慢、快两个子系统的最优解合并成双永磁同步电机驱动系统的最优解，实现对双永磁同步电机协调控制的优化。