基于自抗擾技術(shù)的多電機(jī)協(xié)調(diào)同步系統(tǒng)復(fù)合控制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化程度的不斷提高，多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制成為了研究和討論的熱點(diǎn)。針對控制平臺響應(yīng)速度慢、控制效果不理想以及單純自抗擾控制器（Active Disturbance Rejection Controller,ADRC）存在的一些弊端，本文以三電機(jī)系統(tǒng)為例，自主構(gòu)建了基于多微處理器的實(shí)驗(yàn)平臺，提出了三種以ADRC為基礎(chǔ)的復(fù)合自抗擾控制，在理論分析、方案設(shè)計(jì)、仿真分析以及穩(wěn)定性證明等多個(gè)方面進(jìn)行了深入地研究，最后

2、在本實(shí)驗(yàn)平臺完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能分析。
　　在三電機(jī)同步控制系統(tǒng)的速度控制模塊中，應(yīng)用一階優(yōu)化自抗擾（First-order Optimization Active DisturbanceRejection Controller,FOADRC）控制主電機(jī)速度時(shí)，啟動(dòng)經(jīng)常會(huì)伴隨較大的超調(diào)量，針對該問題，將模糊免疫控制技術(shù)與ADRC控制技術(shù)相結(jié)合提出了模糊免疫自抗擾控制（FuzzyImmune Active Disturbance

3、 Rejection Controller,FI-ADRC）算法，利用模糊免疫技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整ADRC的增益系數(shù)，同時(shí)對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能進(jìn)行了理論證明；通過仿真和實(shí)驗(yàn)對比證明：對比FOADRC，F(xiàn)I-ADRC能夠有效地壓制速度控制子模塊的啟動(dòng)超調(diào)量，在一定程度上調(diào)和了小超調(diào)量和系統(tǒng)快速響應(yīng)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)小超調(diào)快啟動(dòng)；同時(shí)對比比例-積分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制，F(xiàn)I

4、-ADRC還具有較強(qiáng)的抗干擾性能和解耦性能。
　　眾所周知，ADRC的補(bǔ)償系數(shù)變化在30％以內(nèi)時(shí)對控制性能影響不大，但是在一些特殊場合（例如卷繞負(fù)載場合），轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可能會(huì)有0-300%左右的變化，而根據(jù)公式推導(dǎo)可知，ADRC的補(bǔ)償系數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比關(guān)系，即要求ADRC的補(bǔ)償系數(shù)的變化遠(yuǎn)在30%以上，如果不能合理地進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)欠補(bǔ)償或者超補(bǔ)償?shù)那闆r，影響系統(tǒng)的控制性能。針對這一問題，提出了參數(shù)自適應(yīng)控制，為了進(jìn)一步提高系

5、統(tǒng)的魯棒性能，結(jié)合參數(shù)自適應(yīng)技術(shù)提出了基于自適應(yīng)參數(shù)辨識的小腦模型復(fù)合自抗擾控制（Cerebellar Model Articulation Controller-Adaptive Parameter Identification Active Disturbance Rejection Controller,CMAC-APIADRC）算法，通過模型參考自適應(yīng)辨識算法對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行在線辨識，經(jīng)過仿真表明，CMAC-APIADRC能

6、夠在線對 ADRC的補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行辨識并進(jìn)行合理補(bǔ)償。同時(shí)利用CMAC學(xué)習(xí)ADRC，采用CMAC-APIADRC算法進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，在抗干擾特性、魯棒性能、跟蹤特性等方面同一階優(yōu)化自抗擾控制（First-orderOptimization Active Disturbance Rejection Controller,FOADRC）以及小腦模型復(fù)合PD（Cerebellar Model Articulation Controller-Pr

7、oportion Differentiation,CMAC-PD）控制策略進(jìn)行對比，最后從理論角度對三電機(jī)乃至N電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能進(jìn)行了證明；仿真和實(shí)驗(yàn)表明，CMAC-APIADRC在控制性能方面要優(yōu)越于FOADRC以及CMAC-PD控制。
　　針對多電機(jī)系統(tǒng)輸出存在測量噪聲的問題提出了線性優(yōu)化自抗擾復(fù)合卡爾曼濾波器（Linear Optimization Active Disturbance Rejection Controll

8、er-KALM,LOADRC-KALM）控制算法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的主電機(jī)速度控制器以及張力控制器，對系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)，同單純的線性優(yōu)化自抗擾（Linear Optimization Active Disturbance Rejection Controller,LOADRC）控制算法作對比，結(jié)果表明，LOADRC-KALM在跟蹤、解耦、抗干擾等多個(gè)控制性能方面要優(yōu)于LOADRC控制，能夠在一定程度上解決測量噪聲問題。
　　

9、原有的實(shí)驗(yàn)平臺采用以S7-300為控制核心，采用輪詢機(jī)制，控制周期在100毫秒左右，控制效果差，針對該問題，對實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了重新構(gòu)建，采用以多微處理器為核心的控制平臺，利用CPLD的硬件同步特性實(shí)現(xiàn)多RS485總線的同步并發(fā)控制，將控制周期減少到10毫秒左右，系統(tǒng)的控制帶寬提高了近10倍，控制性能得到了有效提高。該控制平臺在服務(wù)器部分采用高級語言Delphi結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，在DSP部分主要完成兩種控制算法的功能以及彩屏控制的驅(qū)動(dòng)等