一种基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110247585A(43)申请公布日2019.09.17(21)申请号201910307112.4(22)申请日2019.04.17(71)申请人湖南工业大学地址412000湖南省株洲市泰山西路88号申请人上海永乐数码科技股份有限公司(72)发明人何静丁进张昌凡缪宇峰蒋翔毛颂安(74)专利代理机构长沙中海宏图专利代理事务所(普通合伙)43224代理人刘国鼎梁钜喜(51)Int.Cl.H02P5/50(2016.01)H02P6/04(2016.01)H02P21/00(2016.01)H02P25/022(2016.01)权利要求书4页说明书9页附图3页(54)发明名称一种基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法，涉及多轴同步控制设备领域，包括以下步骤：步骤S1：根据传统的环形耦合控制结构，设计适用于多轴转速存在比例的改进型环形耦合控制结构；步骤S2：根据基于旋转坐标系下永磁同步伺服电机的数学模型，建立电机的状态方程；步骤S3：结合滑模变结构控制算法的优点设计多电机同步控制器，本发明提出的基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法，有效的克服了复杂系统中参数时变，多变量，非线性和强耦合等问题，使系统具有较快的动态响应，收敛速度快，鲁棒性强，可靠性高等特点，很好的实现了系统各电机转速满足变比例的复杂工况要求，可有效发挥多电机的协同控制性能。CN110247585ACN110247585A权利要求书1/4页1.一种基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制万法，具特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据传统的环形耦合控制结构，设计适用于多轴转速存在比例的改进型环形耦合控制结构；步骤S2：根据基于旋转坐标系下永磁同步伺服电机的数学模型，建立电机的状态方程；步骤S3：结合滑模变结构控制算法的优点设计多电机同步控制器。2.根据权利要求1所述的基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11：系统第j(j＝1，2，…，n)台电机自身的跟踪误差可表示为：ej＝kj-1ωd-ωj＝ωdj-ωj(1)式中，kj-1代表系统第j台电机与系统给定转速之间的比例系数，ωdj和ωj分别代表第j台电机的输入转速和输出转速；S12：根据改进型环形耦合控制结构图，可求出系统第j台电机补偿后的跟踪误差为：Ej＝ωdj-ωj-γj[ωj-(kj-1/kj)ωj+1](2)式中，γj代表系统第j台电机的反馈增益；其中，当j＝n时，kj＝k0，ωj+1＝ω1；S13：定义系统第j台电机与相邻第(j+1)台电机的同步误差为εj，则有：εj＝ωj-(kj-1/kj)ωj+1(3)S14：将式(1)、(3)代入式(2)中，可得系统第j台电机经过耦合补偿之后的跟踪误差的一般表达式为：Ej＝ej-γjεj(4)S15：通过式(2)可将Ej进行变换如下：Ej＝ωdj-ωj-γj[ωj-(kj-1/kj)ωj+1]＝ej-γj[ωj-ωdj+ωdj-(kj-1/kj)ωj+1]＝ej-γj[-ej+(kj-1/kj)ωd(j+1)-(kj-1/kj)ωj+1]＝ej-γj[-ej+(kj-1/kj)ej+1]＝(1+γj)ej-(γjkj-1/kj)ej+1(5)将上式(5)化成矩阵形式为：Y＝AX(6)T其中，Y＝[E1，E2，…，En]；2CN110247585A权利要求书2/4页TX＝[e1，e2，…，en]，当矩阵A的行列式的数值不为零时，即有：通过上式可解得到：(1+γ1)(1+γ2)(1+γ3)…(1+γn)-γ1γ2γ3…γn≠0(8)由式(5)和式(6)可知，如果等式Ej＝0成立，则只要合理设计参数γj，满足式(8)的条件就可使得齐次方程组(6)仅有唯一零解，即ej＝0，进而由式(4)可以推导出系统的比例协调同步误差εj＝0，从而保证多电机的跟踪误差和同步误差都能够被消除。3.根据权利要求1所述的基于滑模变结构的多轴伺服变比例协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21：采用隐极式永磁同步电机为被控对象，基于d-q旋转坐标系下第j(j＝1,2,…,n)台电机的数学模型为：式中，udj、uqj分别为dq轴方向上的电压分量，idj、iqj分别为定子电流的直轴分量和交轴分量；Rsj为定子绕组电阻，ωj为转子电角速度；Ldj、Lqj分别为直轴和交轴的同步电感，ψfj为转子磁链；S22：永磁同步电机的转矩方程和机械运动方程如下：式中，Tej为电磁转矩，TLj为轴上的负载转矩，npj为电机的极对数，RΩj为电机的旋转阻力系数，Ωj为转子的机械角速度，Jj为转动惯量；电角速度和机械角速度转