[發明專利]一種基于交叉耦合的多葉準直器葉片協同工作的控制方法

有效

• 申請號: 201710271440.4
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106886153B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張鑫;黨建武;閔永智;張振海;王海涌;林俊亭;張雁鵬;左靜
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B11/42
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬林

1.一種基于交叉耦合的多葉準直器葉片協同工作的控制方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

S1、建立單個葉片驅動電機的數學模型；

S2、建立驅動電機與葉片間傳動機構的數學模型；

S3、單個葉片位置控制器設計及控制器參數優化：采用分數階PID控制器作為每個葉片驅動電機的控制器，并采用粒子群算法對分數階PID控制器的參數進行優化；

S4、多葉片協同控制方法設計：采用交叉耦合控制方法實現多葉片協同控制；

交叉耦合控制系統模型為:

其中τ為n×1維控制輸入，x為n×1維的坐標向量，M為正定慣性矩陣，C為哥氏力向量，F為n×1維摩擦力擾動向量；

根據編碼器反饋得到每個電機的運行狀態，得到每個葉片的位置誤差，把每個葉片的位值誤差作為交叉耦合控制器的輸入，產生交叉耦合控制器的輸出，以彌補偏差，滿足葉片到位精度；

位置誤差與控制系統中控制輸入τ的關系描述為：

其中，e為跟蹤誤差，E為耦合位置誤差，(I+αT)為對角矩陣，K_P為控制策略比例環節所采用的比例增益系數，K_D為控制策略微分環節所采用的微分增益系數，K_e為控制策略耦合位置誤差增益系數；

S5、交叉耦合控制器各參數的整定優化：采用粒子群算法對交叉耦合控制器的各參數進行優化。

2.根據權利要求1所述的基于交叉耦合的多葉準直器葉片協同工作的控制方法，其特征在于：上述步驟4中，在不影響控制精度的前提下，為了簡化交叉耦合控制器的設計，對得到的耦合位置誤差分別求一階導數和二階導數，然后再作為交叉耦合控制器的輸入；

具體地，定義第i個電機的驅動葉片到達期望位置的耦合位置誤差：

式中，C_i是同步系數，β是恒定的對角正定矩陣，其值決定了耦合誤差中同步誤差的權重，ε為同步誤差；

對E_i分別求一階導數和二階導數得：E_i′＝C′_ie_i+C_ie′_i+β(ε_i-ε_i-1)，E″_i＝C″_ie_i+2C′_ie′_i+C_ie″_i+β(ε′_i-ε′_i-1)。

3.根據權利要求1或2所述的基于交叉耦合的多葉準直器葉片協同工作的控制方法，其特征在于：上述步驟1中，驅動電機采用無刷直流電動機，根據驅動電動機的特征方程建立其數學模型，并通過編碼器實現對驅動電機的精確控制；

驅動電動機的特征方程表示為：

v_emf＝K_bω(t) (2)

T(t)＝K_ti(t) (3)

式中：v_app為定轉子回路外加電壓，ω(t)為電機轉速，L是定子電感，i(t)為電流，R為定子電阻，v_emf是方向電動勢，T為電機轉矩，D是粘性阻尼系數，J為轉動慣量，K_t為電機轉矩常數，K_b為反向電動勢常數；

由無刷直流電動機的特征方程得到其傳遞函數：

4.根據權利要求1或2所述的基于交叉耦合的多葉準直器葉片協同工作的控制方法，其特征在于：上述步驟2中，驅動電機與葉片間傳動機構的數學模型，即其傳遞函數表示為K_c/s，其中K_c為傳動機構開環增益。