[发明专利]一种多时间尺度多电机系统的事件触发协同控制方法

说明书

本发明涉及一种多时间尺度多电机系统的事件触发协同控制方法，属于多电机系统控制技术领域。其步骤包括：步骤一：给出关于多电机奇异摄动系统网络结构的假设，描述每个电机系统的具有多时间尺度的奇异摄动系统模型；步骤二：设计一个基于时间采样的分布式事件触发控制策略，提出控制输入的分布式协议和事件触发函数以及最终多电机趋同达到一致性的数学定义；步骤三：根据以上假设和问题陈述，详细推导为实现控制目标需要满足的不等式条件；步骤四：计算控制器增益。本发明平衡了系统的控制性能与通信资源尽可能节约之间的矛盾关系。

技术领域

本发明涉及一种多时间尺度多电机系统的事件触发协同控制方法，属于多电机系统控制技术领域。

背景技术

在现代大型生产生活中，关键输送设备直接影响了企业安全生产。在煤炭生产线中，带式输送机是关键的运输设备，其具有成本低、运输量大、结构简单等优点。带式输送机作业效率高被广泛应用在矿山开采、金属冶炼、发电厂等各种行业。带式输送机的稳定运行是工业安全生产的重要前提，其中带式输送机运行多依赖于多电机驱动。在现代工业的生产环节中，常常会利用多台电机的协同控制以实现产品的传输和卷曲。例如在冶金、建材、纺织、造纸等行业中，为了避免货物发生堆积、防止物件被拉断，多个电机之间必须保持协调运行，进而才能提高产品的生产质量和运输效率。因此研究多电机转速、转矩等输出参数的一致性控制具有重要的价值，对生产效率的提高具有深远的意义。

值得注意的是，在实际应用中很多多电机系统的个体具有明显的多时间尺度特性，例如无人机系统、电力系统等。随着现代工业水平的不断提高和自然科学关系网的错综繁杂，系统的结构与规模也日趋精细、庞大，从而对系统的控制质量也提出了更高的要求，因此研究多时间尺度系统的控制算法具有重大意义。传统多电机系统的设计方法不能直接应用，会带来病态数值问题，使得系统的分析与设计变得更为复杂。另外，由于多电机之间的通信一般都是在网络环境下进行的，而实际的网络通信资源非常有限，限制了网络通信协议的达成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种平衡系统的控制性能尽可能良好与通信资源尽可能节约之间的矛盾关系的多时间尺度多电机系统的事件触发协同控制方法，以解决病态数值问题。

本发明的技术方案如下：

本发明针对带式输送机工程应用中经常遇到的具有多时间尺度的奇异摄动系统模型，设计了在有向生成树拓扑结构下的多电机系统的一致性控制算法。首先设计了基于采样和事件触发策略的多电机系统的控制器模型，然后利用矩阵变换、Lyapunov函数、LMI等方法推导了使系统误差达到稳定的充分条件。这样可以通过求解LMIs就可以得到使得系统稳定的控制器增益，从而完成控制器的设计。其次，为了平衡系统的控制性能尽可能良好与通信资源尽可能节约之间的矛盾关系，本发明提出了以预期传输速率为指标的控制器增益选择算法，使得所设计的控制器既能实现多电机系统的一致性控制目标，同时多电机之间的平均信息传输速率为预期值。

具体地，本发明一种多时间尺度多电机系统的事件触发协同控制方法，其步骤包括：

步骤一：给出关于多电机奇异摄动系统网络结构的假设，描述每个电机系统的具有多时间尺度的奇异摄动系统模型；

步骤二：设计基于时间采样的分布式事件触发控制策略，提出控制输入的事件触发控制协议和事件触发函数以及最终多电机趋同达到一致性的数学定义；

步骤三：根据以上假设和问题陈述，详细推导为实现控制目标需要满足的不等式条件；

步骤四：计算控制器增益。

进一步地，步骤一中，假设存在具有N个相同电机的奇异摄动系统网络。第i个电机的动力学由以下微分方程描述：

其中，i＝1,2,...,N,和分别是第i个节点的状态向量和输入控制，和都是常数矩阵，矩阵E_μ具有以下结构：