基于人工势场的多电机同步控制及其应用研究

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1、分类号TM351密级基于人工势场的多电机同步控制及其应用研究研究生姓名：牛满岗指导教师姓名、职称：张昌凡教授学科专业：控制理论与控制工程研究方向：非线性控制理论及其工程应用湖南工业大学二0一五年六月十日分类号.密级.基于人工势场的多电机同步及其应用研究Multi-motorSynchronizationControlMethodBasedonArtificialPotentialFieldandItsApplications研究生姓名:牛满岗指导教师姓名、职称：张昌凡教授学科专业：控制理论与控制工程研

2、究方向：非线性控制理论及其工程应用论文答辩日期>‘6.次答辩委员会主席^7申如湖南工业大学二o一五年六月十日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年為沟曰期：年/月0曰湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使

3、用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：牛為均导师签名曰期：年{月>3曰摘要近年来，关于多电机同步控制的研究受到越来越多的关注，同时，多电机同步控制已广泛用于工业生产领域，不仅解决了诸多工程中的实际问题，而且获得了很大的经济效益。然而，多电机同步系统是一个多变量、非线性的模型，因此对系统的控制策略提出了更高的要求。群集运动控制理论作为模

4、拟自然界生物的智能算法，具有稳定性好、容错性强等显著特点，其在多智能体运动控制上表现出的优良同步性能值得我们关注。论文围绕着以寻找一种新的多电机同步策略和提高系统的同步性与鲁棒性这两个核心问题，从理论分析，算法设计，试验仿真等方面进行了较为系统和深入的研究。论文的主要研究内容如下：在广泛查阅了国内外关于多电机同步控制理论研究现状的基础上，分析了多电机同步控制的方法及目前存在的问题。考虑到群集运动控制能产生较好整体同步效应，对其中的人工势场法在多智能体控制中的研究应用情况进行了总结，指出人工势场法是群集

5、运动控制中解决多电机同步控制问题的有效方式。针对多电机同步控制问题，给出了电机的引力场、斥力场和合力场，设计了一种传统的电机人工势场控制器。该控制算法利用领导者电机对跟随者电机的引力与斥力作用，使跟随电机保持同步运转，从一个新的思路探讨了多电机同步控制器的设计，实现了群集控制与多电机同步控制的有机结合。针对传统的电机人工势场控制器难以满足由负载扰动引起的多电机实时的同步运转，提出了具有相邻吸引力的人工势场多电机同步控制方法，增加相邻跟随电机之间的引力作用，使各个跟随电机之间有直接的联系，该算法可以有效

6、地减弱由负载扰动引起的不同步时间。针对提高多电机鲁棒同步问题，给出了多电机的群集拓扑结构图，引入有向图中的相互作用函数，并结合滑模变结构具有与系统的参数摄动、外部扰动无关的强鲁棒性特点，设计了基于人工势场与滑模变结构相结合的多电机同步控制器，用李雅普诺夫函数证明了该控制器的稳定性，保证了电机参数变化时，多电机仍然能够同步运转。关键词：同步控制；群集运动控制；人工势场；滑模变结构IABSTRACTMoreandmoreattentionhasbeenpaidtothestudyonmulti-motor

7、synchronizationcontrolinrecentyears.Inthemeantime,multi-motorsynchronizationcontrolhasbeenwidelyappliedinindustrialproduction.Itsolvesmanypracticalproblemsinengineeringandalsoproducesgreateconomicbenefits.However,themulti-motorsynchronizationsystemisano

8、n-linearmodelwithmultiplevariables.Thushigherrequirementsareputforwardoncontrolstrategyofthesystem.Asanintelligentalgorithmsimulatingnaturallivingcreatures,flockingcontroltheoryhastheoutstandingfeaturesofgoodstability,strongfault