【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多电机驱动系统领域，涉及一种基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法。
技术介绍
1、多电机驱动系统作为一种大型复杂机器系统，由于其高可靠性，大输出功率，良好的控制性能，节能等优点，被广泛应用于大惯量、大功率系统中。与单电机驱动系统相比，多电机驱动系统可以克服其输出功率低、系统性能差、大功率电机生产价格昂贵等缺点。然而，由于多电机驱动系统具有复杂的非线性动力学和固有的死区特性，很难实现其高性能的负载跟踪控制。同时，负载跟踪控制会与同步控制相互作用，这使得多电机驱动系统的同步问题变得棘手。因此，在工程应用中，同时保证多电机驱动系统的负载跟踪性能和同步性能是非常有意义和有挑战性的。
2、建立精确的齿轮传动模型是提高负载跟踪性能的前提。针对刚性转矩传动系统，nordin and gutman首次提出了一种可靠的死区模型，但没有将其应用到控制器设计当中。在多电机驱动系统的齿轮传动单元中，同样可以采用死区模型来描述传动转矩。此外，为了获得光滑的控制输入，wang等使用一个连续可微的函数去逼近分段连续的死区模型。然而，死区模型的复杂表达不利于增加非线性系统的设计自由度，尤其是对于多电机驱动系统而言。
3、多电机驱动系统的跟踪控制一直是学术界的热点问题。一些有效的控制方案被提出，如滑模控制、反演控制，因为他们的控制框架简单和控制性能优秀。然而，滑模控制会不可避免地导致抖振问题。鉴于此，一些方法被用来调节滑模控制的开关增益，以减弱抖振。另外，li等利用饱和函数代替滑模控制的符号函数来处理
4、对于多电机驱动系统，为了解决同步问题，其耦合结构和相对应的同步控制方案被广泛报道。环耦合结构由于其结构简单，通常与其他控制方法一起使用以实现想要的同步。主从耦合结构由于其简单的框架，也被广泛应用于运动同步中。相邻交叉耦合控制由于有着复杂的控制器设计过程，通常与局部耦合结构相结合使用。然而，随着多电机驱动系统中电机数量的增加，上述传统局部耦合结构的网络直径和平均路径长度势必会增加，这会导致较差的同步性能。一些研究人员采用全局耦合结构来解决这个问题，这种耦合结构通常与特定的同步控制方法一起使用，比如相关耦合控制和平均偏差耦合同步控制。然而，全局耦合结构会导致过大的通信负担。因此，针对多电机驱动系统的同步问题，设计一个通信负担小、网络直径小、平均路径长度小的通信网络，并提出相对应的同步方法，是有意义和有挑战性的。
5、精密的多电机驱动系统非常容易受到内部和外部干扰的影响，这会导致较差的系统性能。鉴于此，许多神经网络算法被提出以逼近非线性系统的未知函数，如径向基函数神经网络、切比雪夫神经网络、回波状态网络和区间2型模糊神经网络。然而，它们具有过大的计算负担，这导致它们很难被应用在实际工程中。另一方面，具有较低计算负担的观察器也被用于处理集中干扰和未知状态。比如，干扰观察器被用来处理由外部干扰、未知动态项和建模误差组成的集中干扰。扩展状态观察器被用来逼近未知系统状态和集中干扰。然而，上述传统工具的参数调整过程复杂，逼近能力较差。因此，它们需要进一步提高逼近能力，以有效地处理多电机驱动系统错综复杂的未知动态项，从而达到提高系统性能的目的。
6、同步控制对于具有n个独立电机的多电机驱动系统至关重要。但是，描述其复杂的通信耦合结构以及设计相对应的同步控制方案是非常困难的。为了解决这个问题，可以将多电机驱动系统看作是一个多智能体系统，然后复杂的耦合同步问题将转换为简单的分布式同步问题。这样，分布式控制的成果也可以应用于多电机驱动系统，以简化控制器设计和提高系统性能。然而，在多智能体系统中，有助于改善信息交换和协调行动的通信网络结构很少被进一步研究。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，包括以下步骤：
4、s1：建立具有死区、摩擦和干扰特征的多电机驱动系统动力学模型；
5、s2：对多电机驱动系统动力学模型进行干扰补偿；
6、s3：利用速度函数加快跟踪误差的收敛过程；
7、s4：使用余弦障碍函数约束系统的输出；
8、s5：使用二阶跟踪微分器解决“复杂项爆炸”问题；
9、s6：采用干扰补偿器补偿系统中的集中干扰；
10、s7：将步骤s3-s6整合到反演控制中，设计加速反演跟踪控制器；
11、s8：基于加速反演跟踪控制器设计跟踪技术局部平均偏差耦合同步控制方案。
12、进一步，步骤s1所述具有死区、摩擦和干扰特征的多电机驱动系统动力学模型包括：
13、n个永磁同步电机分别通过减速器连接到n个小齿轮，n个小齿轮啮合同一个大齿轮，所述大齿轮与负载装置连接，从而实现n个永磁同步电机共同驱动一个负载装置；
14、控制器基于参考轨迹和反馈信号发送控制信号给执行器，所述反馈信号通过光学编码器、帕克变换和克拉克变换获得；所述控制信号通过逆帕克变换转换，然后使用空间矢量脉宽调制svpwm技术来控制绝缘栅双极晶体管igbt逆变器，最后连接到永磁同步电机实现电机驱动；
15、单个独立的永磁同步电机的动力学模型表示为：
16、
17、其中id和iq是d轴和q轴的定子电流；ud和uq是d轴和q轴的定子电压；ld和lq是d轴和q轴的定子电感；r,pn,ω,ψ和j分别是定子电阻、磁极对数、角速度、磁通和转动惯量；tf,d和τ分别是摩擦转矩、未知动态项和传动转矩；
18、将d轴参考电流设置为零以提高永磁同步电机的效率，并近似地消除角速度与电流之间的耦合效应，将模型重写为：
19、
20、利用连续可微的摩擦模型来近似地描述多电机驱动系统的摩擦转矩，写为：
21、tf＝fp+fvω,
22、其中fp＝p1(tanh(p3ω)-tanh(p4ω))+p2 tanh(p5ω),其中fv是摩擦系数，pi,i＝1,…,5,是正常数；在控制器设计过程中，摩擦转矩tf通过fvω进行补偿，未知动态项fp归入到集中干扰中去处理；
【技术保护点】
1.一种基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S1所述具有死区、摩擦和干扰特征的多电机驱动系统动力学模型包括：
3.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S2所述干扰补偿包括：
4.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S3所述速度函数表示为：
5.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S4所述余弦障碍函数表示为：
6.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S7所述加速反演跟踪控制器构建如下：
7.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤S8所述局部平均偏差耦合同步
...【技术特征摘要】
1.一种基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤s1所述具有死区、摩擦和干扰特征的多电机驱动系统动力学模型包括：
3.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控制方法，其特征在于：步骤s2所述干扰补偿包括：
4.根据权利要求1所述的基于加速反演技术的多电机驱动系统局部平均偏差耦合同步控...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍华，陈志威，申林雪，张钧星，张亚，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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