集成容错控制的无轴传动印刷机高性能同步控制方法

The multi-shaft synchronization technology is the important pivot technology of modern equipment like printing press. The higher requirements are needed for multi-shaft synchronization along with the high speed, high precision and high reliability of the printing press. This project takes the shaftless printing press as the application objects to study the theoretical method and application of the fault-tolerant multi-shaft synchronization control with regard to the features of nonlinearity, uncertainty and multi-coupling, with the multi-shaft synchronization and fault-tolerant control as the key scientific research and aiming at the realization of the high precision multi-shaft synchronization control under the conditions of interference and fault. The main coverage of the project: advancing the flocking motion-based multi-shaft coordinated control method to realize the high precision multi-shaft synchronization; putting forward the multi-target constrained trochoid optimization arithmetic to improve the accuracy and smoothness of multi-shaft synchronization control method; initiating the switching mechanism analysis-based sliding mode structure control buffeting weakening method to improve the single-shaft tracking performance; bringing forward the self-adaptive adjustment arithmetic of the flocking topology and the fault-restructuring-based fault-tolerant control arithmetic to realize the distributed fault-tolerant control. Finally the synchronization control method of the shaftless printing press integrated with effective and practicable fault-tolerant control is advanced to provide the technical support for the independent research and development of high performance shaftless printing press and the further promotion of the shaftless transmission technology in the modern equipment.

多轴同步技术是印刷机等现代机电设备的重要支柱技术，随着印刷机向着高速度、高精度、高可靠性方向的发展，对多轴同步提出了更高要求。本项目以无轴传动印刷机为应用对象，针对其存在的非线性、不确定、强耦合特点，以多轴同步与容错控制为关键科学问题，以实现干扰及故障情况下的高性能多轴同步控制为目的，研究容错与多轴同步集成控制理论方法与应用。项目主要研究内容为：提出基于群集运动的多轴协同控制方法，以实现多轴高精度同步；提出多目标约束的轨迹优化算法，以提高多轴同步控制方法平稳性；提出基于切换机理分析的滑模变结构削弱抖振方法，以提升单轴跟踪性能；提出群集拓扑结构的自适应调整算法，以及基于故障重构的容错控制算法，以实现分布式容错控制。最终形成有效和可供应用的集成容错控制的无轴传动印刷机同步控制方法，为高性能无轴传动印刷机的自主研发，以及无轴传动技术在现代机电设备中的进一步推广与应用提供了技术支撑。

近年来，无轴传动技术在印刷机中的应的用得到迅速发展，给印刷装备制造业带来革命性的变化，己成为高端印刷机关键核心技术。而多轴同步控制技术，既是无轴传动的核心技术，也是无轴传动印刷机研究中的关键科学问题之一。由于无轴传动印刷机是高速运行的机电设备，在其运行过程中一个极小的故障如果得不到及时处理，马上会破坏多轴的同步。因此，在多轴同步控制系统中实现容错控制，是高性能无轴传动印刷机研究中又一个关键科学问题。.为此，本项目紧密围绕无轴传动印刷机及印刷生产过程特点与需求，从更为本质的层面探寻多轴同步控制、容错控制等关键科学问题与群集运动、滑模变结构等基础理论之间的有机联系，将群集运动思想引入无轴传动技术中，提出基于群集运动的多轴协同控制方法，实现了无轴传动印刷机的高精度协调同步控制；将容错控制与多轴同步控制进行有机集成，提出了分布式容错同步控制方法，提高了无轴传动印刷机高精度同步控制的可靠性。建立了一种具有创新性的，集容错、快速跟踪和协调同步等性能于一体的鲁棒容错与多轴同步集成控制机制。本项目的研究工作，既为实现高速度、高精度、高可靠的无轴传动印刷机同步控制提供了技术支撑，也是在高端印刷机突破国外技术壁垒，实现自主知识产权道路上的有益的探索。.项目研究期间，项目组成员出版了1本多电机同步控制方面专著；发表论41篇，其中在Automatica、IEEE Trans.Automatic Control、Journal of the Franklin Institute、IET Control Theory and Applications、Neurocomputing等SCI期刊上发表25篇；授权专利6项。项目组成员还获得3项省部级奖，其中一等奖2项，二等奖1项；新获批国家自然科学基金2项；湖南省高等学校2011协同创新中心1个；获得湖南省优秀博士学位论文1篇，湖南省优秀硕士学位论文2篇；培养研究生8人。形成了一支具有一定水平的科研队伍和相对稳定的研究方向。