双电动机驱动系统的控制器设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种双电动机驱动系统的同步控制器设计方案。
【背景技术】
[0002] 由于人们对控制的要求越来越高，单一系统的控制已经难与满足社会发展的需 要，因此多系统的同步控制或一致性控制已经被提出。然而，大多现实的系统是非线性的， 且存在参数不确定性和输入扰动，以及多系统中的子系统间可能存在物理上的耦合，这些 因素使得多系统的同步控制显得非常困难。
[0003] 现有的双电机同步系统，该系统由两套永磁同步电动机共同驱动同一条皮带运 转。然而，由于这两套同步电动机是不可能完全同步的，因此它们的不同步会通过皮带的相 互拉扯，从而使得双电机同步系统的同步精度低，抗干扰能力差等缺点。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述情况，有必要提供一种双电动机驱动系统的同步控制器设计方案，可以 有效解决上述问题。
[0005] 本发明提供一种双电动机驱动系统的控制器设计方案，包括如下步骤：
[0006] 首先搭建双电机同步驱动实验系统，其中，所述的实验系统包括两套永磁同步电 动机以及一条同步皮带，所述两套永磁同步电动机共同驱动所述同步皮带运转；
[0007] 接着根据动力学原理，建立了所述双电机同步驱动实验系统的数学模型，该数学 模型属于一个具有非线性子系统（10)和非线性子系统（20)的互联系统；
[0008] 最后基于所述数学模型，建立分散式鲁棒全闭环模糊分段同步H"控制器的设计 方案。
[0009] 本发明提供的设计方法所获得的控制器可以提高双电机的同步精度，并使得闭环 控制系统具有抗干扰能力。
【附图说明】
[0010] 图1为双电机同步驱动实验系统的结构示意图。
[0011] 图2为双电机同步驱动实验系统的结构示意图。
[0012] 图3为分散式全闭环模糊分段同步控制框图。
[0013] 图4为模糊隶属度函数图。
[0014] 图5为同步控制实验平台。
【具体实施方式】
[0015] 请参照图1，本发明实施例提供一种双电动机驱动系统的同步控制器设计方案，包 括如下步骤：
[0016] S1，请参照图2,搭建双电机同步驱动实验系统100,其中，所述双电机同步驱动实 验系统100包括两套永磁同步电动机11/21以及一条同步皮带30,所述两套永磁同步电动 机11/21共同驱动所述同步皮带30运转；
[0017] S2,根据动力学原理，建立了所述双电机驱动实验系统的数学模型，该数学模型属 于一个具有非线性子系统（10)和非线性子系统（20)的互联系统；
[0018] S3,基于所述的数学模型，建立分散式鲁棒全闭环模糊分段同步H"控制器的设计 方案。
[0019] 在步骤S1中，所述永磁同步电动机11，第一减速箱12和第一同步轮13组成子系 统10 ;所述永磁同步电动机21，第二减速箱22和第二同步轮23组成子系统20。
[0020] 在步骤S2中，子系统（10)的数学模型如公式（1):
[0022] 其中
为永磁同步电动机11的角速度，PiS永磁同 步电动机11的级数，#1为q轴电流，&为定子电阻，L i为定子电感，为q轴电压，才" 为永磁同步电动机11的转动惯量，为d轴电压，为永磁同步电动机11的电磁转矩， 为第一减速箱12的转动惯量，为第一同步轮13的转动惯量，ki(Sl)，k2(Sl)，k 3为同 步皮带30的弹性系数，r为第一同步轮13的半径，Μ为负载质量，为第一同步轮13的 摩擦力，Ff为负载作用下的阻尼系数，/f1为d轴电流，为负载扭矩，为永磁同步电 动机11的粘滞阻尼系数，λ i为磁通量，％W为第一同步轮13的转速，队为直线导轨粘性 阻尼系数，为第一同步轮13的粘滞阻尼系数，&为第一减速箱12的减速比，s为同步 皮带30的移动距离，v为同步皮带30的移动速度。
[0023] 子系统（20)的数学模型如公式⑵：
[0024]
[0025] 其中
为同步电动机21的角速度，P2为同步电动机 21的级数，中°为q轴电流，R2为定子电阻，L2为定子电感，『卞)为q轴电压，才 > 为同步电 动机21的转动惯量，为d轴电压，7；(2p)为同步电动机21的电磁转矩，>为第二减速箱 22的转动惯量，为第二同步轮23的转动惯量，>为第二同步轮23的摩擦力，Ff为负 载作用下的阻尼系数，6&1为d轴电流，为负载扭矩，Sf为同步电动机21的粘滞阻尼 系数，12为磁通量，故p为第二同步轮23的转速，为第二同步轮23的粘滞阻尼系数， G2为第二减速箱22的减速比。
[0026] 进一步的，定义
并将其代入（1)式后得到以下的状态空间表 达式：
[0028] 其中
，且L表示双电机转速的不同步系数， 且
[0032] 此外，电机工作时其内部铜线绕组的阻值会随着温度的变化满足关系式如下：
[0034] 其中，R。是在温度T。的阻值，1^是在温度T "的阻值，a是铜阻的温度系数，获得子 系统（10)的参数不确定如下：
[0036] 同理，获得子系统（20)的系统模型如下：
[0038] 其中
*且η 2表示双电机转速的不同步系数， 且
[0043] 进一步的，请参照图4,所示的模糊隶属度函数，所述的非线性互联系统可以通过 τ-s模糊模型表示如下：
[0045] 在步骤S3中，请参照图3,所述建立分散式鲁棒全闭环模糊分段同步!1"控制器的 设计方案，包括以下步骤：
[0046] S31，构造一个虚拟主轴的离散模型：
[0048] 其中，所述虚拟主轴输出电机电流和转速，和同步皮带位置的参考信号；
[0049] S32,切分模糊前件变量空间为单一线性空间与模糊空间，设计如下的分散式全闭 环模糊分段同步控制器：
[0055] 所述分散式全闭环模糊分段同步控制器的参数通过如下的方法获得：
[0056] 首先基于模糊前件变量空间的切换原则，将所述离散模型（6)改写为：
[0059] 结合公式（7)-(9)，获得如下闭环的模糊控制系统：
[0061] 其中
[0064] 通过增广的方式，将所述闭环的模糊控制系统（10)表示为如下的广义系统模型：
[0069] 考虑如下的分段Lyapunov泛函：
并且沿着广义系统模型（11)的运动轨迹，获得：
[0074] 定义 得到如下的不等式：
[0076] 定夕
和矩阵 <
，并且随着广义系统模型 (11)，得到：
[0078]弓丨入标量参数0〈Pl 6 p i。，并且通过（14)和（15)，得到：
[0080] 考虑以下的性能指标函数：
[0082] 并结合（13)-(17)后，得到：
[0085] 从不等式（18)得出：在零初始的情况下，闭环控制系统是渐进稳定的，并且能保 证系统具有11"性能指标γ，当下列的矩阵不等式成立：
[0087]其