[發(fā)明專(zhuān)利]基于卷徑自適應(yīng)估計(jì)的多電機(jī)耦合系統(tǒng)間接張力控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811450322.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109534064B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張裊娜;盧曉暉;邵向鑫;李宗昊;張曉芳;秦喜文;王曉東;呼薇;姜春霞;矯德強(qiáng);牛文靜;韓宗志
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B65H23/198
• 分類(lèi)號(hào): B65H23/198;B65H18/10
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 田春梅

1.基于卷徑自適應(yīng)估計(jì)的多電機(jī)耦合系統(tǒng)間接張力控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線的工作機(jī)理，建立四個(gè)電機(jī)智能體協(xié)同工作的數(shù)學(xué)模型；然后根據(jù)汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線多電機(jī)耦合系統(tǒng)保證張力恒定的目標(biāo)，確立不同電機(jī)智能體理想角速度之間的函數(shù)關(guān)系，取消張力傳感器；

步驟二、利用數(shù)據(jù)采集及調(diào)理模塊獲得汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線多電機(jī)耦合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)角速度信息w₁、w₂、w₃、w₄，與理想角速度做差值運(yùn)算，求得其中e₁、w₁、w₂作為控制器1的輸入，e₂、w₁、w₂作為控制器2的輸入，e₃、w₁、w₃、w₄作為控制器3的輸入，e₄、w₃、w₄作為控制器4的輸入；控制器1、控制器2、控制器3、控制器4構(gòu)成了汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線多電機(jī)耦合系統(tǒng)基于多智能體的間接張力控制；

步驟三、各控制器根據(jù)輸入的狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)基于終端滑模的尺度同步多智能協(xié)調(diào)控制策略，求得各電機(jī)理想的q軸電流i_q1^*、i_q2^*、i_q3^*、i_q4^*，其中卷徑采用自適應(yīng)方法進(jìn)行估計(jì)；并將i_q1^*、i_q2^*、i_q3^*、i_q4^*作為四個(gè)電機(jī)的控制輸入,且設(shè)四個(gè)電機(jī)理想的d軸電流i_d1^*＝i_d2^*＝i_d3^*＝i_d4^*＝0；所述卷徑采用自適應(yīng)方法進(jìn)行估計(jì)的過(guò)程如下：

汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線多電機(jī)耦合系統(tǒng)四個(gè)電機(jī)均為相同的永磁同步電機(jī)，采用i_d＝0的矢量控制方式，則四個(gè)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型為：

式(9)中，J₁₀為卷袋電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J₂₀為電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J₃₀為卷袋電機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J₄₀為電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n_p為電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，i_q1、i_q2、i_q3、i_q4分別為卷袋電機(jī)1定子q軸電流、電機(jī)2定子q軸電流、卷袋電機(jī)3定子q軸電流、電機(jī)4定子q軸電流，F(xiàn)為布袋張力，μ為摩擦系數(shù)，η₂為電機(jī)2的效率，η₄為電機(jī)4的效率，g為重力加速度，l₂、l₄分別為電機(jī)2軸的每轉(zhuǎn)機(jī)械位移量(m)、電機(jī)4軸的每轉(zhuǎn)機(jī)械位移量(m)，D₁、D₃分別為卷袋電機(jī)1的卷袋繞動(dòng)直徑、卷袋電機(jī)3的卷袋繞動(dòng)直徑，m₂為m₁與卷袋電機(jī)1質(zhì)量(Kg)的和，m₁為卷帶電機(jī)1的布袋被卷繞部分的質(zhì)量(Kg)，m₄為m₃與卷袋電機(jī)3質(zhì)量(Kg)的和，m₃為卷帶電機(jī)3的布袋被卷繞部分的質(zhì)量(Kg)，B₁、B₂、B₃、B₄分別為卷袋電機(jī)1的粘滯摩擦系數(shù)、電機(jī)2的粘滯摩擦系數(shù)、卷袋電機(jī)3的粘滯摩擦系數(shù)、電機(jī)4的粘滯摩擦系數(shù)；

其中，J_1k為卷帶電機(jī)1的紙卷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J_3k為卷帶電機(jī)3的紙卷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J_2k為電機(jī)2負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J_4k為電機(jī)4負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；T₂₀為滾珠絲杠螺母、軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)2軸上的值(N.m)，T₄₀為滾珠絲杠螺母、軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)4軸上的值(N.m)；ρ為布袋密度，b為布袋寬度，為卷袋電機(jī)1卷袋繞動(dòng)直徑D₁的導(dǎo)數(shù)，為卷袋電機(jī)3卷袋繞動(dòng)直徑D₃的導(dǎo)數(shù)；

令

則將四個(gè)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型(9)重寫(xiě)為如下形式：

式中，i＝1,2,3,4；

將給定的電機(jī)角速度ω₀信號(hào)作為虛擬電機(jī)，構(gòu)成一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)智能體，領(lǐng)導(dǎo)智能體的角速度只對(duì)其鄰居智能體可知，由多智能體的定義性質(zhì)可得，相應(yīng)的鄰接矩陣A為：

智能體i(i＝1,2,3,4)與領(lǐng)導(dǎo)智能體之間的連接權(quán)值用τ_i來(lái)表示，如果智能體i和領(lǐng)導(dǎo)智能體連通，則τ_i＝1(i＝1,2,3,4)，否則τ_i＝0；

令，

則有，w₂^*＝w₁^*α₂＝ω₀α₂，w₄^*＝w₃^*α₄＝ω₀α₄；

采用尺度同步方法，定義各智能體的角速度跟隨誤差變量為：

e_i(t)＝ω_i(t)-α_iω₀，i＝1,2,3,4 (18)

式中，α_i為第i個(gè)智能體與領(lǐng)導(dǎo)智能體的角速度跟隨尺度；

設(shè)領(lǐng)導(dǎo)智能體的角速度跟隨誤差e₀＝0，定義各智能體的狀態(tài)誤差變量：

式中，a_ij為鄰接矩陣A中的第ij個(gè)元素，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，n＝4；

選取滑模面函數(shù)：

s_i＝c_2iζ_i^q/p+c_1i∫ζ_idt (20)

假定各智能體的干擾有界，且滿足根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，基于滑模理論的電機(jī)智能體的間接張力控制策略為：

i_qi＝i_q-eqi+i_q-ni (21)

式中，分別為第i、j個(gè)智能體角速度跟隨尺度及變化率α_j、α_i、的估計(jì)值；

設(shè)計(jì)卷徑及卷徑變化率的自適應(yīng)估計(jì)率如下：

則各智能體的角速度跟隨尺度及變化率的自適應(yīng)估計(jì)率為：

式中，i＝2、4，k_i、c_1i、c_2i、β_1i、β_2i、β_1j、β_2j、q、p為第i、j個(gè)智能體的設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足k_i＞0、c_1i＞0，c_2i＞0，β_1i＞0，β_2i＞0，β_1j＞0，β_2j＞0、q、p為正的奇數(shù)，且1q/p2；R_i、R_j分別為第i、j個(gè)電機(jī)智能體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；

步驟四、四個(gè)電機(jī)智能體均采用矢量控制方法，首先采用電流傳感器檢測(cè)到電機(jī)三相定子交流電流i_ai，i_bi，i_ci，通過(guò)三相到兩相的CLARK變換，將三相坐標(biāo)系上的定子交流電流i_ai，i_bi，i_ci等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流i_αi，i_βi，再通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)PARK變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流i_di和i_qi；根據(jù)步驟三求得i_qi^*，設(shè)定i_di^*＝0，利用交軸電流控制器和直軸電流控制器求得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電壓u_di和u_qi，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)的PARK逆變換求得交流電流u_αi，u_βi，最后利用SVPWM模塊變換成驅(qū)動(dòng)逆變器功率開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)信號(hào)，從而調(diào)節(jié)加在各電機(jī)三相定子的交流電流i_ai，i_bi，i_ci，進(jìn)而改變各電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度w_i；

步驟五、四個(gè)電機(jī)智能體構(gòu)成汽車(chē)安全氣囊生產(chǎn)線多電機(jī)耦合系統(tǒng)，卷袋電機(jī)1和電機(jī)2協(xié)同工作帶動(dòng)左側(cè)卷尺旋轉(zhuǎn)，卷袋電機(jī)3和電機(jī)4協(xié)同工作帶動(dòng)右側(cè)卷尺旋轉(zhuǎn)；具體工作過(guò)程是：左側(cè)的卷袋電機(jī)1帶動(dòng)卷尺旋轉(zhuǎn)將布袋卷繞在卷尺上，同時(shí)電機(jī)2通過(guò)同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)卷袋電機(jī)1與卷尺直線移動(dòng)，且移動(dòng)的距離應(yīng)與布袋被卷起的長(zhǎng)度相同；右側(cè)的卷袋電機(jī)3帶動(dòng)卷尺旋轉(zhuǎn)將布袋卷繞在卷尺上，同時(shí)電機(jī)4通過(guò)同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)卷袋電機(jī)3與卷尺直線移動(dòng)，且移動(dòng)的距離應(yīng)與布袋被卷起的長(zhǎng)度相同，且在卷繞過(guò)程中保證各電機(jī)能夠快速跟蹤上其各自理想的角速度。