[發明專利]一種多電機同步高精度滑模控制方法

有效

• 申請號: 201810107430.1
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108270379B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 林淑怡;張衛東;張國慶;阮士濤;衣博文;陸宇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/12;H02P23/04;H02P5/46
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種多電機同步高精度滑模控制方法，包括以下步驟：1)構建虛擬總軸同步框架；2)在虛擬總軸同步框架下對每臺電機分別設計滑模控制器及擾動控制器，并且對滑模控制器的參數進行選取；3)根據構建好的電機的滑模控制器和擾動控制器實現多臺電機間的高精度同步控制。與現有技術相比，本發明具有減少抖動、魯棒性高、及時調整等優點。

技術領域

本發明涉及電機運動控制技術領域，尤其是涉及一種多電機同步高精度滑模控制方法。

背景技術

在制漿造紙生產過程中，紙機干燥部在紙頁脫水成型時需要保持烘缸間轉動速度的一致性，避免紙頁出現擠壓褶皺或過度拉伸的情況，保證紙張成品質量。研究各烘缸驅動電機的同步控制策略，在突發情況下(如單個烘缸負載突然增大)確保各電機的同步精度，對于生產過程具有重要意義。

虛擬總軸(ELS)電機同步控制框架是美國學者D.Lorenz等人在20世紀90年代提出的一種實現多臺電機轉速同步的控制策略。在該框架下，當機組中某臺電機出現負載過大發生減速時，其余電機的目標速度能夠在虛擬總電機的控制下發生改變，實現多臺電機共同減速，維持多電機同步運行。在傳統ELS框架下，系統各臺電機采用的速度控制器是PI控制器；對于存在模型不確定性和諸多外界擾動的非線性系統來說，PI控制器很難實現又快又好的魯棒控制。對于精度、響應速度要求高的電機同步系統來說，應研發新的控制器以實現更好的電機同步效果。現有替代PI控制的方法中，利用滑模理論設計電機的控制器非常普遍。目前常用的滑模控制器通常直接將不連續的符號函數引入系統滑模面設計，且符號函數的增益往往很高。盡管此舉能夠有效抑制外界擾動對系統穩定性的影響，卻導致系統抖振問題。此外，傳統ELS框架對系統的局部擾動響應速度慢，單臺電機的負載發生巨大變化時，無法第一時間將該信息傳遞到虛擬總電機處；負載發生劇烈變化后，單臺電機PI控制器的輸出增大，反饋到虛擬總電機的負載才會增強，此時系統總參考速度下降，其余電機的速度才會降低。這一傳統的ELS框架在單一電機負載可能發生劇烈變化的生產環境中顯然需要進行優化和改進，否則難以滿足系統快速實現電機轉速同步的需求。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種多電機同步高精度滑模控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種多電機同步高精度滑模控制方法，包括以下步驟：

1)構建虛擬總軸同步框架；

2)在虛擬總軸同步框架下對每臺電機分別設計滑模控制器及擾動控制器，并且對滑模控制器的參數進行選取；

3)根據構建好的電機的滑模控制器和擾動控制器實現多臺電機間的高精度同步控制。

所述的步驟2)中，設計的滑模控制器的表達式為：

k₁＞0,γ＞0,μ＞0,0＜η＜1

其中，s₁為滑模算子，為第i臺電機的實際轉速，ω_r為第i臺電機的目標轉速，k₁、γ、μ、η分別為滑模控制器參數，為q軸上的參考電流，為第i臺電機實際轉速的導數，sgn(·)為階躍函數，T_d為系統的總擾動。

所述的滑模控制器的參數k₁、γ、μ、η滿足以下選取規則：

k₁μ＞＞γ

η+γ＞1。

所述的滑模控制器滑模算子s₁的動態形式，即滑模趨近律為：