基于自抗擾技術的多電機協(xié)調(diào)同步系統(tǒng)復合控制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化、自動化、網(wǎng)絡化程度的不斷提高，多電機同步協(xié)調(diào)控制成為了研究和討論的熱點。針對控制平臺響應速度慢、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，本文以三電機系統(tǒng)為例，自主構建了基于多微處理器的實驗平臺，提出了三種以ADRC為基礎的復合自抗擾控制，在理論分析、方案設計、仿真分析以及穩(wěn)定性證明等多個方面進行了深入地研究，最后

2、在本實驗平臺完成相應的實驗驗證和性能分析。
　　在三電機同步控制系統(tǒng)的速度控制模塊中，應用一階優(yōu)化自抗擾（First-order Optimization Active DisturbanceRejection Controller,FOADRC）控制主電機速度時，啟動經(jīng)常會伴隨較大的超調(diào)量，針對該問題，將模糊免疫控制技術與ADRC控制技術相結合提出了模糊免疫自抗擾控制（FuzzyImmune Active Disturbance

3、 Rejection Controller,FI-ADRC）算法，利用模糊免疫技術實時調(diào)整ADRC的增益系數(shù)，同時對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能進行了理論證明；通過仿真和實驗對比證明：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)快速響應之間的矛盾，實現(xiàn)小超調(diào)快啟動；同時對比比例-積分-微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制，F(xiàn)I

4、-ADRC還具有較強的抗干擾性能和解耦性能。
　　眾所周知，ADRC的補償系數(shù)變化在30％以內(nèi)時對控制性能影響不大，但是在一些特殊場合（例如卷繞負載場合），轉動慣量可能會有0-300%左右的變化，而根據(jù)公式推導可知，ADRC的補償系數(shù)和轉動慣量成反比關系，即要求ADRC的補償系數(shù)的變化遠在30%以上，如果不能合理地進行補償，系統(tǒng)將會出現(xiàn)欠補償或者超補償?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)自適應控制，為了進一步提高系

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

6、夠在線對 ADRC的補償系數(shù)進行辨識并進行合理補償。同時利用CMAC學習ADRC，采用CMAC-APIADRC算法進行仿真和實驗，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）以及小腦模型復合PD（Cerebellar Model Articulation Controller-Pr

7、oportion Differentiation,CMAC-PD）控制策略進行對比，最后從理論角度對三電機乃至N電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性能進行了證明；仿真和實驗表明，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)化自抗擾復合卡爾曼濾波器（Linear Optimization Active Disturbance Rejection Controll

8、er-KALM,LOADRC-KALM）控制算法，設計相應的主電機速度控制器以及張力控制器，對系統(tǒng)的控制性能進行了仿真和實驗，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，結果表明，LOADRC-KALM在跟蹤、解耦、抗干擾等多個控制性能方面要優(yōu)于LOADRC控制，能夠在一定程度上解決測量噪聲問題。
　　

9、原有的實驗平臺采用以S7-300為控制核心，采用輪詢機制，控制周期在100毫秒左右，控制效果差，針對該問題，對實驗平臺進行了重新構建，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。該控制平臺在服務器部分采用高級語言Delphi結合SQL數(shù)據(jù)庫實現(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動等