一种水下航行器多电机协调控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水下航行器多电机协调控制方法，步骤如下：步骤1：速度反馈补偿控制器、电流反馈补偿控制器；步骤2：获取所有永磁同步电机的转速；步骤3：混合反馈补偿控制器中的速度反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出同步转速信号；混合反馈补偿控制中的电流反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出补偿电流信号；步骤4：对所有永磁同步电机进行转速调控，当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速不相同时，返回步骤2；当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速相同时，完成调控。本发明专利技术能够提高系统灵活性、鲁棒性，能够更好地对系统的动态性能进行调节，使系统迅速达到稳定。速达到稳定。速达到稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器多电机协调控制方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及水下航行器控制
，具体涉及一种水下航行器多电机协调控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]小型水下航行器多工作于浅水区域或水下空间狭窄复杂多变的水域，受水流和浪涌干扰影响较大。浅水区和地形复杂水域水况复杂多变，小型水下航行器在该环境下的稳定运行是当前水下航行器研究的热点和难点。高稳定、高抗扰的水下协调控制是小型水下航行器执行各种任务的基础，而高稳定、高抗扰的控制需要小型水下航行器能够在强扰动下实现电机的快速响应、精准同步，实现小型水下航行器的多电机协调驱动螺旋桨运动控制就成为至关重要且亟待解决的关键问题。
[0003]对于水下复杂的非线性环境而言，面对有众多扰动因素的非线性系统，当我们继续使用单电机对水下航行器进行控制时，会显得力不从心，在控制精度和控制效果上也得不到保证以及我们想要达到的程度，因此，实现多电机的水下协调控制是具有很大意义的一项研究。对于水下航行器来说，更小的体积可以完成更多大型水下机器人难以完成的任务。因此，在体积可控制性能上具备优势的永磁同步电机将作为我们的首选应用到多电机控制当中。永磁同步电机因其结构原理简单，易于维护以及制造成本低等优点，并且随着现代电机控制技术，包括矢量控制以及直接转矩控制技术的日趋成熟，目前的交流调速系统可以与直流调速系统相媲美。但是对于系统中有两台及以上的电机同时驱动的控制系统，尤其当系统中的电机在结合了具体的负载后，一般控制目标会相应改变，并且本质上形成一个有着强耦合，高阶时变的多输入多输出非线性复杂系统，因此对于多电机同步控制系统而言，对其有着同步控制结构策略以及同步控制算法上的研究，对多电机同步协调控制系统也已成为一个研究热点。
[0004]在多轴的同步控制系统中，由虚拟主轴控制的结构固有特性，虚拟主轴控制系统在稳定状态的同步性能不好，当一电机轴被扰动量干扰时，轴与轴之间会出现明显的同步误差，轴与轴之间缺乏耦合关系，互相没有信息反馈，所以在系统的起停阶段以及或从轴被不平衡的负载扰动量干扰时，主参考值和每个轴之间会保持一个恒定的静差且难以被消除，各从轴之间会出现不同步的现象，它们之间同步关系会打乱，甚至使系统完全失步。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种水下航行器多电机协调控制方法及控制系统，以解决现有技术中虚拟主轴控制当中负载转矩增大，电机转速骤降的问题，以及无法对轴转速进行比例控制的技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种水下航行器多电机协调控制方法，包括：当某一永磁同步电机转轴出现突变时，对数台永磁同步电机进行调控，具体步骤如下：
[0007]步骤1：构建混合反馈补偿控制器，其中包括：速度反馈补偿控制器、电流反馈补偿
控制器；
[0008]步骤2：获取所有永磁同步电机的转速，将转速作为混合反馈补偿控制器的输入信号；
[0009]步骤3：混合反馈补偿控制器中的速度反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出同步转速信号；混合反馈补偿控制中的电流反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出补偿电流信号；
[0010]步骤4：根据同步转速信号、补偿电流信号、额定控制电流对所有永磁同步电机进行转速调控，
[0011]当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速不相同时，返回步骤2；
[0012]当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速相同时，完成调控。
[0013]进一步地，所述步骤1中速度反馈补偿控制器为：将模糊算法和PID算法结合搭建的模糊PI控制器。
[0014]进一步地，所述步骤1中电流反馈补偿控制器为：一个耦合系数K。
[0015]进一步地，所述耦合系数K满足：
[0016][0017]其中，p为极对数；ψ
f
为交链磁链；B为摩擦系数；a、b为常数。
[0018]进一步地，所述步骤3中速度反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出同步转速信号的具体方法为：将转速信号作为模糊PI控制器的输入，经模糊PI控制器调节后，输出同步转速信号，其中，模糊PI控制器的输入偏差e和偏差变化率e
c
分别为：
[0019][0020]其中，n
i
是第i电机输出转速，n
l
是除去n
i
外的第l个电机的输出转速，e(t)是在t时刻速度的偏差,e(t
‑
1)是t
‑
1时刻的偏差；
[0021]进一步地，所述步骤3中电流反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出补偿电流信号的具体方法为：将耦合系数K与转速信号对应的转速电流的乘积作为补偿电流信号。
[0022]本专利技术还提供了一种水下航行器多电机协调控制系统，可以运行上述水下航行器多电机协调控制方法，包括：虚拟主轴控制模块、混合反馈补偿器模块，变频器模块、转速环控制器模块、电流环控制器模块、永磁同步电机；
[0023]所述虚拟主轴控制模块的输出端连接比例控制模块；所述比例控制器模块输出端连接转速环控制器模块；所述转速环控制器模块输出端和永磁同步电机输出端连接电流环控制器模块；所述电流环控制器模块输出端连接变频器模块；所述变频器模块输出端连接永磁同步电机模块；所述永磁同步电机输出端连接混合反馈补偿器模块；所述混合反馈补偿控制器模块输出端连接转速环控制器模块和电流环控制器模块；
[0024]所述虚拟主轴控制模块，用于接收所述永磁同步电机的输出转矩信号，并通过计算，将转速调节反馈信号到输出到所述比例控制模块；
[0025]所述混合反馈补偿器模块，用于接收所述永磁同步电机的输出转速信号，对从轴转速突变进行调节，通过计算补偿转速信号和电流信号；
[0026]所述变频器模块，基于所述电流环控制器模块产生的信号控制所述永磁同步电机模块；
[0027]所述转速环控制器模块，基于所述比例控制器模块、永磁同步电机和混合反馈补偿器模块产生的转速信号控制所述电流环控制器模块；
[0028]所述电流环控制器模块，基于所述转速环控制器模块、永磁同步电机模块和混合反馈补偿器模块产生的电流信号控制所述变频器模块；
[0029]所述永磁同步电机，基于所述变频器模块产生的信号输出转速信号和转矩模块控制所述转速环控制器模块、所述电流环控制器模块、所述混合反馈补偿器模块和所述虚拟主轴电机模块；
[0030]进一步地，所述一种水下航行器多电机协调控制系统还包括：比例控制模块，比例控制模块的输入端连接虚拟主轴控制模块的输出端，比例控制模块的输出端连接转速环控制器模块输入端，所述比例控制模块，基于所述虚拟主轴电机模块的转速调节反馈信号控制所述转速环控制器模块。
[0031]进一步地，转速环控制器模块为：模糊分数阶PI
λ
控制器；所述模糊分数阶PI
λ
控制器通过模糊控制方法、分数阶方法以及PID控制方法组成，用于对同步转速信号进行调控，输出电流信号给电流环控制器模块。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，包括：当某一永磁同步电机转轴出现突变时，对数台永磁同步电机进行调控，具体步骤如下：步骤1：构建混合反馈补偿控制器，其中包括：速度反馈补偿控制器、电流反馈补偿控制器；步骤2：获取所有永磁同步电机的转速，将转速作为混合反馈补偿控制器的输入信号；步骤3：混合反馈补偿控制器中的速度反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出同步转速信号；混合反馈补偿控制中的电流反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出补偿电流信号；步骤4：根据同步转速信号、补偿电流信号、额定控制电流对所有永磁同步电机进行转速调控，当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速不相同时，返回步骤2；当所有永磁同步电机的转速与同步转速信号中的转速相同时，完成调控。2.如权利要求1所述的水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中速度反馈补偿控制器为：将模糊算法和PID算法结合搭建的模糊PI控制器。3.如权利要求1或2所述的水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中电流反馈补偿控制器为：一个耦合系数K。4.如权利要求3所述的水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，所述耦合系数K满足：其中，p为极对数；ψ
f
为交链磁链；B为摩擦系数；a、b为常数。5.如权利要求1所述的水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中速度反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出同步转速信号的具体方法为：将转速信号作为模糊PI控制器的输入，经模糊PI控制器调节后，输出同步转速信号，其中，模糊PI控制器的输入偏差e和偏差变化率e
c
分别为：其中，n
i
是第i电机输出转速，n
l
是除去n
i
外的第l个电机的输出转速，e(t)是在t时刻速度的偏差,e(t
‑
1)是t
‑
1时刻的偏差。6.如权利要求1或5所述的水下航行器多电机协调控制方法，其特征在于，所述步骤3中电流反馈补偿控制器根据输入的转速信号输出补偿电流信号的具体方法为：将耦合系数K与转速信号对应的转速电流的乘积作为补偿电流信号。7.一种水下航行器多电机协调控制系统，可以运行如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昭平，顾祥，王伟然，李长江，于中奇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：