总量协同一致控制及其在多电机牵引系统中的应用研究.pdf

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1、分类号密级总量协同一致控制及其在多电机牵引系统中的应用研究研究生姓名：林真珍指导教师姓名、职称：张昌凡教授副指导教师姓名、职称：何静教授学科专业：电气工程研究方向：复杂机电系统的信息集成与协调控制湖南工业大学二○一八年六月十三日摘要多电机系统广泛应用于机车传动、印刷、纺织等领域。确保各电机单元的同步协调是实现系统稳定运行的基础，尤其是对于由多牵引电机集中提供动力的牵引机车来说，多牵引电机共同提供的牵引力总量基本恒定是确保机车稳定运行的前提，这就需要研究牵引力总量协调一致控制方法，而现有的协调控制策略主要是关注速

2、度、位置等状态趋于一致，并未考虑总量协同一致性问题。为此，本文重点开展总量协同一致控制及其在多电机牵引系统中的应用研究，具体研究内容如下：（1）通过将个体状态一致扩展为状态总量协同一致，首次提出了一种给定时间收敛的总量协同控制方法。该法通过选取一种收敛速率不依赖于初始状态以及参数的终端滑模面，设计了连续和非连续有限时间总量协同一致性协议，并利用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制协议能够使总量协同跟踪误差在期望的时间内收敛至零。数值仿真结果表明总量协同跟踪误差在2s时即收敛到零。（2）针对总量协同一致控

3、制协议需要获取全部状态信息，而只有部分状态可测的问题，提出了集成观测器与加幂积分技术的总量协同一致控制方法。该法利用滑模干扰观测器估计出未知不确定性以及不可测状态，然后利用加幂积分方法导出基于输出反馈的总量协同一致控制协议，最后给出数值仿真以评估所提控制协议的协同跟踪性能。仿真结果表明集成观测器与加幂积分技术的总量协同控制器具有较好的协同跟踪性能。（3）以多电机共同牵引的电力机车为例，针对机车牵引系统中某一（部分）电机空转/滑行故障导致牵引性能下降的问题，提出了基于总量一致性的牵引力总量协同跟踪控制方法。该法构

4、造了牵引力总量协同跟踪控制框架，然后利用扰动观测器估计各牵引电机的不确定性干扰，以主动提升系统的协同跟踪性能，并设计了基于观测器的总量协同一致控制协议，以协调各智能牵引电机的动力冗余，确保牵引力总量跟踪参考指令。仿真结果表明，所提的总量协同控制算法能及时有效的抑制机车整体牵引性能的下降。关键词：总量协同一致；多电机牵引系统；有限时间控制；终端滑模IABSTRACTMulti-motorsystemiswidelyusedinlocomotivetransmission,printing,textileandot

5、herfields.Toensurethesynchronizationandcoordinationofeachmotorunitisthebasisforachievingstableoperationofthesystem,especiallyforthetractionlocomotivepoweredbymultipletractionmotors,thetotaltractionforceprovidedbythemultipletractionmotorsisbasicallyconstantto

6、ensurethestableoperationofthelocomotive.Therefore,itisnecessarytostudythecoordinatedcontrolmethodforthetotalamountoftraction.However,theexistingcoordinatedcontrolstrategymainlyfocusesontheconsensusofthestatusofspeed,location,etc.,anddoesnotconsidertheissueof

7、totalcoordinationconsensus.Forthisreason,thisarticlefocusesontotalcoordinatedcontrolanditsapplicationinmulti-motortractionsystems.Thespecificresearchcontentisasfollows:(1)ByextendingtheconsensusofindividualstatestothetotalcoordinationofStates,atotalamountofc

8、ollaborativecontrolmethodthatconvergesatagiventimeisproposedforthefirsttime.Thismethodselectsaterminalslidingmodesurfacewhoseconvergenceratedoesnotdependontheinitialstateandparameters,anddesigns