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《湖南工业大学》 2015年
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基于群集运动的多轴协同控制研究

吴涵  
【摘要】:高速度、高精度的无轴传动印刷机的同步控制始终是实际工程中关注的关键技术问题和科学研究的热点问题之一。目前研究较成熟的同步控制策略主要有耦合同步控制技术和基于虚拟总轴的同步控制技术,然而在提高同步精度方面都存在一定的限制。因此,从一致性理论和群集控制这一新的角度来研究无轴传动印刷机多电机系统的同步协同控制具有重要的研究意义。本文以无轴传动印刷机为工程背景,以多电机系统为具体的研究对象,根据印刷机多轴同步特点引入基于跟随领航者模式的群集控制思想。从多电机系统同步协同控制、实时同步控制、以及容错控制几个方面着手,对基于群集运动的多轴协同控制进行深入研究。论文主要研究工作如下:通过大量查阅国内外文献,对目前多轴同步控制方法进行了总结和分析比较,总结了值得进一步深入研究的问题。并且在目前大量对群集控制研究文献的启发下,指出从一致性理论入手来研究具备抑制扰动和容错性能的多轴同步控制方法具有重要的研究意义。针对提高多轴同步精度和多轴同步性能优化的关键技术问题,提出基于跟随领航者的多电机协同控制方法。并采用S i m u l i n k内置的S i g n a l C o n s t r a i n t模块对控制器参数进行优化。该方法继承了传统虚拟总轴控制方法和耦合控制方法的优点,同时又补偿了传统虚拟总轴控制方法各轴之间没有耦合的缺点。与传统虚拟电子总轴对比仿真实验表明,基于群集运动的同步控制策略表现出较好的同步性能。针对大多数协同控制算法需要领航者加速度信息而加速度信息不易测量,以及大多数群集控制都是以简单的积分器为研究对象而实际工程中不存在这样的简化模型的问题,进一步对多电机系统的同步控制进行深入研究,提出基于扰动观测器的变结构方法。在避免使用加速度信息的前提下从算法上进行了改进,提高了多电机同步系统的鲁棒性和可实现性。针对动态运动过程中各跟随者如何始终保持同步运动的技术难题,提出一种基于状态切换的非线性滑模变结构控制方法。从理论上分析了系统的稳定性,以及实时同步的可实现性。仿真实验结果表明,在某一跟随电机因被干扰而失去与给定信号同步的情况下,仍然能够保证所有跟随电机运动状态的一致。说明了所提算法的有效性和所得理论结果的正确性。针对复杂的多电机系统多故障并发、状态信息不完全可测而又要保证系统稳定运行的问题,提出多电机系统协同一致容错控制方法。设计滑模变结构观测器来估计广义故障和未知状态变量,并基于R T-L a b半实物仿真平台进一步测试所设计控制器的有效性和系统的容错性能。
【学位授予单位】:湖南工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TS803;TP273

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