具有非线性耦合关系的多电机系统协调控制

Coupling multi-motors system are widely used in many fields such as military, aviation, transportation and engineering practices. Research on the stability analysis and coordinating control strategy of coupling multi-motors system is of great theoretical significance and practical value to improve system's efficiency and performance and ensure system's stable operation. The main works of this research are coordinating control problems about certain coupling and uncertain coupling multi-motors system. First of all, the mathmatical models are established by combining the state equation, motion equation of motor with coupling relationship between motors.The sufficient conditions of stability and coordinating stabilization are obtained after analyzing the stability and the coordinating stabilization of the system.A robust coordinating controller which can guarantee both the operation stability of each motor and the coordinating performance between motors is designed and the whole performance of the system is optimized. One focus is the coordinating control of motors under the condition of startup, speed variation, load uncertainty and parameters change with time.The coordinating control problem existing in the two or more motors fed by a single inverter is solved. Simulink simulation and experiment platform of two coupling motors system are setup and the effectiveness of the proposed coordinating control strategies are verified.

耦合多电机系统在军事、航空、交通运输和工程实践中有着广泛的应用。研究耦合多电机系统的稳定性和协调控制对提高系统的工作效率和性能、保证系统的稳定运行有重要的理论意义和现实价值。项目主要研究具有确定耦合关系和不确定耦合关系的两类多电机系统的协调控制问题；提出将电机的状态方程、运动方程和电机之间的耦合关系结合起来建立耦合多电机系统的数学模型；研究这两类耦合多电机系统的稳定和协调镇定问题，给出稳定和协调镇定的充分条件；设计既能保证单个电机稳定运行又能保证多个电机协调一致的鲁棒协调控制器并对系统的整体性能进行优化；重点研究系统在启动，变速、负载不确定以及参数时变情况下的多电机协调控制问题，同时解决一个逆变器驱动多个电机模式下的多电机系统的协调控制问题；搭建耦合两电机系统的Simulink仿真模型和实物实验平台，验证提出的协调控制策略的有效性。

耦合多电机系统是由多个电机子系统相互耦合形成的彼此互联的多电机系统，在军事、航空、交通运输和工业系统中有着广泛的应用，研究耦合多电机系统的稳定性和协调控制对提高系统性能、保证系统的稳定运行具有重要的理论意义和现实价值。项目组通过分析实际多电机系统特点，将多电机系统分为具有确定耦合关系的多电机系统和具有不确定耦合关系的多电机系统，并分别建立了具有确定耦合和不确定耦合关系的两电机系统模型，并基于交叉耦合、区间矩阵等技术提出了新颖的协调控制策略。从实际工业应用的角度出发，以多电机卷绕系统为实际研究对象，分析电机子系统之间的耦合特性，在系统无故障情况下，建立较为精确的耦合关系动力学模型；其次，将控制量分为稳态控制输入和控制补偿，基于此提出了稳态控制输入和各驱动辊参考速度的计算方法，得到系统的误差动力学模型；然后，将误差模型中的不确定参数、张力和速度的参考值等看作区间变量，基于区间矩阵技术分别研究了适用于一般多电机卷绕系统的集中式控制策略和适用于大型多电机卷绕系统的分散和分散协调控制策略。在系统故障情况下，提出了不同的故障估计算法，并基于估计的故障信息分别研究了集中式故障容错控制策略和分布式容错控制策略，使得多电机卷绕系统在故障情况下依然能够保持期望张力和速度协调运行。搭建了实验室规模的三电机卷绕系统实验平台，将经过仿真验证有效的算法在该平台上进行实验，并将仿真结果和平台实验结果进行对比分析，并对相应控制策略进行改进和改善。