基于自适应多模型-Markov动态调度的多电机高速同步协调控制

The high-speed synchronization control system of multi-motor will be taken as the object of research in this project, and its key technologies will be studied. The coupling characteristics of speed and tension for the high-speed synchronization control system of multi-motor will be studied, the coupling mechanism will be revealed, and the system mathematical model will be established. For the problem of system instability when the single model of multi-motor mismatches, the synchronization and coordination control method of multi-motor based on the multi-model high-order active disturbance rejection control will be studied. The modeling method of multi-model system will be analyzed. The approximate linear model with multiple working points of complex nonlinear system, the multi-model modeling method based on local model system, and the correlation and switching characteristics among each sub model will be studied. The stochastic dynamical programming algorithm of one-step transition probability for Markov chain will be studied, the scheduling mechanism for multi-model will be analyzed, and the high-speed synchronization and coordination control method of multi-motor based on adaptive multi-model—markov dynamic scheduling will be studied. The influence of nonlinear factors on the system performance will be analyzed when the multi-motor synchronous system operates at high speed, and the nonlinear control method will be studied. The system stability and the robustness with mismatch will be analyzed. The simulation model will be built and the experimental prototype will be developed, in order to verify the correctness and validity of the theoretical analysis and control strategy. The theory of high-speed synchronization and coordination control of multi-motor based on adaptive multi-model—Markov dynamic scheduling will be perfected.

项目以多电机高速同步控制系统为研究对象，对其关键技术进行研究。研究多电机高速同步控制系统中转速和张力的耦合特性，揭示其耦合机理，建立系统数学模型；针对单模型多电机控制发生模型失配时系统不稳定的问题，研究基于多模型高阶自抗扰控制的多电机同步协调控制方法；分析多模型系统建模方法，研究复杂非线性系统多个工作点处的近似线性化模型，以及基于局部模型体系的多模型建模方法。研究Markov链一步转移概率的随机动态规划算法，分析Markov链对于多模型的调度机理，并研究基于自适应多模型-Markov动态调度的多电机高速同步协调控制方法。分析多电机同步系统高速运行时，非线性因素对系统性能的影响，研究其非线性控制方法，并分析系统的稳定性以及在模型失配时的鲁棒性。搭建仿真模型和实验平台，对理论分析进行仿真研究和实验验证，完善基于自适应多模型-Markov动态调度的多电机高速同步控制技术的理论体系。

为了实现低能耗、高产量、高质量、高效率的目标，对多电机传动系统的速度和张力精度要求越来越高，从而对多电机传动控制的要求也越来越高。伴随着电机转速的增加，对系统动力性、稳定性及安全性的要求越来越高，其同步协调控制的难度也进一步增大，更加难以实现高精度的转速与张力的解耦控制性能。实现多电机变频调速系统的协调运行，以及转速与张力的解耦控制以达到较高的同步性能，具有非常重要的理论与现实意义。. 项目以多电机高速同步控制系统为研究对象，研究了多电机高速同步控制系统中转速和张力的耦合特性，揭示了其耦合机理，建立了系统数学模型；针对单模型多电机控制发生模型失配时系统不稳定的问题，研究了基于多模型高阶自抗扰控制的多电机同步协调控制方法；分析了多模型系统建模方法，研究了复杂非线性系统多个工作点处的近似线性化模型，以及基于局部模型体系的多模型建模方法。研究了Markov链一步转移概率的随机动态规划算法，分析了Markov链对于多模型的调度机理，并研究了基于自适应多模型-Markov动态调度的多电机高速同步协调控制方法。分析了多电机同步系统高速运行时，非线性因素对系统性能的影响，研究其非线性控制方法，并分析系统的稳定性以及在模型失配时的鲁棒性。提出了基于一体化控制的三电机同步协调控制的方法，该方法引入反步控制，进一步提升了系统的解耦性能和跟踪性能。通过李雅普诺夫函数推导出系统稳定条件，降低了反步控制对于参数的依赖性。搭建了仿真模型和实验样机，对理论分析进行仿真研究和实验验证，验证了理论分析及控制策略的正确性和有效性。. 基于上述研究，共发表论文35篇（期刊论文18篇），其中SCI检索12篇（SCI 1区 IEEE Trans. 10篇），EI检索12篇；授权国家发明专利10项；获得陕西省科技进步二等奖1项。研究成果为多电机控制系统更好的满足在工农业、日常生活等领域的发展提供了理论和技术基础。