多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法及系统，所述方法包括：参考信号一致性步骤：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，分别发送给每一台电机；及协同控制跟踪步骤：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差。本发明专利技术首先使参考输入协调、进而采用跟踪一致性算法，可以有效使参考输入之间的误差趋近于零，并使各电机之间的动态误差控制在正负±1.5mm以内，从而使整个系统的一致性得到改善，有效的解决了异步参考输入扰动的问题。

Hierarchical cooperative control method and system for multiple linear switched reluctance motors

【技术实现步骤摘要】
多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法及系统
本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法及系统。
技术介绍
直线开关磁阻电机(LinearSwitchedReluctanceMotor,简称LSRM)是一种新型的直线牵引电机，是在开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor,SRM)的研究基础之上发展起来的，结合了开关磁阻电机和传统直线电机的优点。LSRM是直线电机的一种具有直线直驱式结构的电机，它将开关电路和电机绕组连接，使电机具有启动力矩大、调速范围广、响应速度快、控制精度高、可靠性强等优点。因此，LSRM在位置控制与速度控制方面作为执行器是一个有力的竞争者。相比于其它的交流直线电机，LSRM在高精度加工以及大功率传输方面有更广泛的应用前景。21世纪以来，面对信息化、网络化、万物互联的浪潮之时，协同控制在当代控制领域逐渐成为一个研究热点。在协同控制领域内，个体协同控制的基本问题包括一致性控制、会合控制、聚集控制和编队控制。多个体协同控制系统跟单个体控制系统的核心区别在于多个体之间通过网络进行信息交互。而目前的协同策略主要集中在底层协同跟踪控制算法的设计和优化，以减小个工作单位之间的相对误差。由于跟踪协同控制不能影响外部独立的参考信号，相对误差可能会恶化。如果所有工作单元的参考输入都是不相关且不同步的，控制算法也会失灵。多个异体参考信号与多个控制单元的协同跟踪校正，同样被认为是协同或一致性问题。然而，在现有的研究中，协同控制方法的有效性和网络控制系统的性能几乎没有定量分析。多LSRM相互协同，以实现共同协作作为控制目标，参考输入的一致性直接影响整个系统的控制效果。异步参考信号将不可避免地成为协同系统的外部干扰，参考信号的不同步将会导致整个系统性能退化或同步失效。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法及系统，以使有效的解决异步参考输入扰动的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提出了一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，包括：参考信号一致性步骤：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，分别发送给每一台电机，使各电机的新的参考输入的信号协调一致；及协同控制跟踪步骤：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差，使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。相应地，本专利技术实施例还提供了一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制系统，包括：参考信号一致性模块：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，分别发送给每一台电机，使各电机的新的参考输入的信号协调一致；及协同控制跟踪模块：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差，使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。本专利技术的有益效果为：本专利技术针对分布式系统各单元之间异步参考输入对整个系统产生强扰动的问题，首先使参考输入协调、进而采用跟踪一致性算法，可以有效使参考输入之间的误差趋近于零，并使各电机之间的动态误差控制在正负±1.5mm以内，从而使整个系统的一致性得到改善，有效的解决了异步参考输入扰动的问题。附图说明图1是本专利技术实施例的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法的流程图。图2是本专利技术实施例的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制系统的结构示意图。图3是本专利技术实施例的直线开关磁阻电机位置控制框图。图4是本专利技术实施例的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制系统的原理框图。图5是本专利技术实施例三台电机的异步输入下的参考误差图。图6是本专利技术实施例三台电机的异步输入下的实际位置误差图。图7是本专利技术实施例三台电机的参考输入图。图8是本专利技术实施例三台电机的实际位置响应图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本专利技术中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。请参照图1，本专利技术实施例的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法包括参考信号一致性步骤及协同控制跟踪步骤。参考信号一致性步骤：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，并分别发送给每一台电机，使各电机的新的参考输入的信号协调一致。协同控制跟踪步骤：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差，使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。本专利技术实施例的协同控制的目标是保证多电机运行中速度位置的一致性。多自主体系统中的一致性是指多自主体的某种状态，通过信息的共享与交互，趋向一致。其作为控制问题的控制目标是使所有自主体的协同状态趋同，称为一致性控制问题。从一致性控制的角度出发，多直线开关磁阻电机协同控制问题可定义为：多直线开关磁阻电机利用信息拓扑，在一致性控制算法的作用下，将所有电机状态同步到某个一致的期望状态上，实现期望的协同运动。图论是描述多自主体系统内通信与感知信息拓扑最直接的数学工具。以G＝(v,E)来表示一个图，V＝{v1,…,vn}代表非空节点的集合，节点vn代表第n台直线开关磁阻电机控制单元。E∈v2代表有向边集合，其中有序节点对ehn∈E,代表边的方向由h指向n，如果有则称该图为无向图，节点对之间的连边是没有方向的。在有向图中，节点的指向是有方向性的，节点h指向节点n并不意味着节点n指向节点h。节点vn的入度定义为指向这一个节点的边的数目；vn的出度定义为从该节点出发的边的数目。若(vh,vn)∈E，则称第n个节点是第h个节点的邻居，以Nh＝{vn∈V:ehn∈E}表示节点vh的邻居集合。一个没有环的连通图G称为树，如果树是连通图G的一个子图且包括图G的所有节点，则称树为图G的一棵最大生成树。邻接矩阵Q：表示图G中各节点的邻接关系，行与列分别对应图G中n个节点的序列。矩阵中元素qhn若为1则表示节点h与n邻接，若为0则表示不邻接。作为一种实施方式，所述一阶一致性算法的公式为：其中，rn与rh分别代表第n个与第h个电机的参考输入，pn代表施加给第n个节点的参考输入的变量信号。一致性算法的闭环动力学确保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，包括：/n参考信号一致性步骤：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，分别发送给每一台电机，使各电机的新的参考输入的信号协调一致；及/n协同控制跟踪步骤：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差，使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，包括：
参考信号一致性步骤：采用一阶一致性算法将各电机的参考输入信号校正所得到的新的参考输入信号，分别发送给每一台电机，使各电机的新的参考输入的信号协调一致；及
协同控制跟踪步骤：采用扩展的二阶连续时间一致性协同算法作为各个电机之间协同控制的策略，削减各电机之间的动态误差，使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。


2.如权利要求1所述的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，所述一阶一致性算法的公式为：



其中，rn与rh分别代表第n个与第h个电机的参考输入，pn代表施加给第n个节点的参考输入的变量信号，矩阵中元素若qhn为1则表示节点h与n邻接，若为0则表示不邻接。


3.如权利要求2所述的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，所述扩展的二阶连续时间一致性协同算法的双积分动力学模型为：



其中，en与eh分别代表第n台与第h台电机的实际输出与期望位移之间的误差,α与ε为增益系数，xn代表各电机的位移。


4.如权利要求3所述的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，所述直线开关磁阻电机的运动控制动力学模型为：



其中，Bn为速度阻力系数，为负载阻力，fn为电机牵引力，m为电机动子重量，g为重力加速度。


5.如权利要求4所述的多个直线开关磁阻电机的分层式协同控制方法，其特征在于，第n台电机的控制律为：



其中，控制律中包含模型补偿项及跟踪同步项，控制律中前三项之和用于每个单元系统的动态补偿，其余部分使各电机实际位置之间及各电机实际位置与参考输入之间相互协调并趋于一致。

【专利技术属性】
技术研发人员：温鲜慧，王爱玲，代雨婷，
申请(专利权)人：深圳市深信创联智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44