[发明专利]一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法

权利要求书

1.一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1，通过位移指令与编码器测量所得负载位移反馈计算位移误差，位移误差经过比例环节生成电机速度环指令转速；

步骤2，判断电机以及负载是否进入小误差带，判断方法为：若位移误差大于误差阈值，电机以及负载未进入小误差带；否则，进入小误差带；

步骤3，速度环模型预测控制器根据速度环速度反馈与指令转速计算规划未来电机N个采样周期参考转速轨迹，通过模型预测算法预测未来电机K个采样周期的转速预测值，并建立基于参考转速与预测转速差值的损失函数，通过搜索损失函数极值计算电流参考值i_q^*；

步骤4，将参考电流i_ref与双电机转速作为扩展观测器输入，通过扩展观测器估计阻尼系数，根据电流参考值i_q^*和扩展观测器的输出值计算参考电流iref；

步骤5，根据两个电机的转速差确定协调电流，电流分配器根据协调电流和参考电流i_ref得到双电机的参考电流i^*_q1、i^*_q2；

步骤6，永磁同步电机电流控制器分别按照i^*_q1、i^*_q2控制永磁电机1与永磁电机2电流，分别做i_d＝0控制，i_d是在dq轴坐标系下，电流的d轴电流，并把实测q轴电流反馈至速度环模型预测控制器。

2.根据权利要求1所述的基于双电机驱动的快速伺服控制方法，其特征在于，电流参考值的计算过程为：

构建速度环模型预测控制器控制对象的运动方程，速度环模型预测控制器控制对象由两个电机和负载组成，运动方程具体为：

式中，C_m、C_L代表摩擦系数，T_e1、T_e2表示电机产生的电动转矩，和分别表示两个电机以及负载的转速，和表示两个电机的加速度以及负载的加速度，J_m代表电机的转动惯量，J_L代表负载的转动惯量，T_L表示负载转矩，T_s1、T_s2表示两个电机的轴扭矩，ω₁与ω₂为双电机转速，ω_L为负载的转速，N_s是电机端的传动比；

当电机未进入小误差带，C_m、C_L为0，运动方程简化为：

M_L为负载的重力，θ_d1、θ_d2是两个电机的位置角度与负载位置角度的差角，b₁、b₂是两个电机的齿隙；

利用简化后的方程，构造出时间离散方程，利用时间离散方程预测运动状态：

式中，θ₁(k)、θ₂(k)、θ_L(k)分别表示两个电机和负载在k时刻的位置，θ₁(k+1)、θ₂(k+1)、θ_L(k+1)分别表示两个电机和负载在k+1时刻的位置；ω₁(k)、ω₂(k)、ω_L(k)分别表示两个电机和负载在k时刻的转速，ω₁(k+1)、ω₂(k+1)、ω_L(k+1)分别表示两个电机和负载在k+1时刻的转速；T_e1(k)、T_e2(k)表示两个电机在k时刻的电动转矩，T_s1(θ₁(k))、T_s2(θ₂(k))表示两个电机在k时刻的轴扭矩；T_s为转速环采样周期；

当电机进入小误差带之后，运动方程中引入阻尼系数C_co，重新构造出运动方程如下：

负载的离散时间方程如下：

ω_L(k)表示负载在k时刻的转速，ω_L(k+1)表示负载在k+1时刻的转速；T_s1(θ₁(k))、T_s2(θ₂(k))表示两个电机在k时刻的轴扭矩；

负载的运动方程重新构建为ΔC_co代表C_co的不确定性，

计算未来电机N个采样周期参考转速轨迹ω_r(1)...ω_r(N)具体为：

ω_r(k+i)＝ω^*(k)-α_rⁱ[ω^*(k)-ω(k)],i＝1,2...P，其中，T_s是转速环采样周期，T_r是速度环动态响应时间，ω(k)是当前实际转速反馈，即ω₁(k)与ω₂(k)的平均值，ω^*(k)表示转速指令，ω_r(k+i)表示在k+i时刻的参考转速，P表示预测的步数；

基于参考转速与预测转速差值的损失函数为：

预测转速误差定义为，是k时刻的电流参考值，ω_r(k+i)是k+i时刻的参考转速轨迹，ω_m(k+i)是k+i时刻的转速预测值，e(k+i)＝ω(k+i)-ω_m(k+i)；

基于上述损失函数模型预测电流参考值i_q^*为：

即在损失函数J_P(i_q^*)取得最小值时的电机参考值为i_q^*。