多电机驱动系统的同步与跟踪控制

随着许多大惯量大功率系统在工业中的广泛应用，多电机驱动伺服系统受到越来越多的关注。多电机驱动是大惯量大功率伺服系统的主要动力提供方式，利用附加偏置力矩能够有效消除齿隙非线性。本书针对影响多电机伺服系统控制性能的诸多问题，如齿隙、摩擦、机械谐振、多电机同步、偏置力矩优化设计等，深入研究多电机驱动伺服系统的同步与跟踪控制。全书共分16章，主要内容分为两大部分：第一部分(第1～4章)介绍系统模型、齿隙补偿、同步控制和机械谐振的抑制方法；第二部分(第5～16章)研究多电机伺服系统同步与跟踪控制，包括分布式同步控制、自适应控制、动态面控制、滑模控制、保性能控制和切换控制等控制方案。

前言
第1章 多电机驱动伺服系统数学模型 1
1.1 多电机驱动系统的构成 1
1.2 双电机驱动系统的模型 3
1.3 齿隙模型 4
1.4 摩擦模型 8
1.5 四电机伺服系统的数学模型 11
1.6 n电机驱动系统的数学模型 12
1.7 广义非线性级联系统的数学模型 13
参考文献 15
第2章 基于偏置力矩的齿隙补偿 18
2.1 分段偏置力矩 19
2.2 动态消隙控制 21
2.3 时变偏置力矩 23
2.4 基于预设性能的自适应偏置力矩 23
2.4.1 齿隙死区模型的逼近 24
2.4.2 偏置力矩的设计 26
参考文献 30
第3章 多电机驱动伺服系统同步控制 32
3.1 和速负反馈同步控制 33
3.2 间接差速负反馈同步控制 34
3.3 直接差速负反馈同步控制 34
3.4 基于速度差的非线性同步控制 35
3.5 含动态增益的同步控制 35
3.6 平均偏差耦合同步控制 36
3.7 基于广义耦合误差的同步控制 38
参考文献 39
第4章 双电机伺服系统的机械谐振抑制 41
4.1 伺服系统机械谐振 42
4.1.1 单电机驱动系统的二质量模型 42
4.1.2 双电机系统机械谐振 44
4.2 基于扰动观测器的谐振抑制 46
4.3 基于扩张状态观测器的谐振抑制 47
4.4 基于陷波滤波器的谐振抑制 48
4.4.1 改进陷波滤波器 48
4.4.2 改进双T网络滤波器 50
4.4.3 级联陷波滤波器 51
参考文献 52
第5章 基于神经网络观测器的双电机系统同步与跟踪控制 55
5.1 双电机伺服系统连续传递力矩描述 55
5.2 神经网络观测器 56
5.3 具有时变偏置力矩的复合控制器设计 60
5.4 仿真结果与分析 65
参考文献 68
第6章 双电机伺服系统的鲁棒自适应跟踪控制 70
6.1 双电机驱动系统的同步与偏置力矩设计 71
6.2 扩张状态观测器 73
6.3 自适应鲁棒控制 73
6.4 系统性能分析 74
6.5 实验结果 76
参考文献 78
第7章 四电机伺服系统的神经网络动态面控制 81
7.1 系统描述 82
7.1.1 四电机伺服系统的动态方程 82
7.1.2 四电机伺服系统的状态空间模型 82
7.1.3 回声神经网络 82
7.2 动态面控制 84
7.2.1 连续混合微分器 84
7.2.2 改进的动态面控制器设计 84
7.3 基于预设性能偏置力矩的复合控制 88
7.4 仿真结果与分析 90
7.5 实验结果 92
参考文献 92
第8章 基于状态观测器的四电机系统自适应鲁棒同步与跟踪控制 94
8.1 系统模型 95
8.2 状态观测器 96
8.3 自适应鲁棒控制器设计 99
8.3.1 自适应鲁棒积分滑模跟踪控制器 99
8.3.2 自适应鲁棒同步控制器 100
8.4 稳定性分析 101
8.5 仿真结果 103
参考文献 106
第9章 n电机系统平均偏差耦合同步与鲁棒跟踪控制 108
9.1 问题提出 109
9.2 基于K-滤波器的神经网络观测器 110
9.3 鲁棒跟踪控制器 111
9.4 平均偏差耦合的同步控制 116
9.5 仿真结果 120
参考文献 124
第10章 n电机伺服系统的很优同步与串级跟踪控制 126
10.1 电机子系统和负载子系统 127
10.2 性能指标的解耦 129
10.3 负载和电机子系统的观测器设计 130
10.4 串级很优跟踪控制 132
10.5 平均偏差耦合的很优同步控制 135
10.6 实验结果 137
参考文献 138
第11章 基于参数估计的n 电机级联系统同步与跟踪控制 141
11.1 有限时间参数估计 142
11.2 驱动系统的期望位置信号 146
11.3 广义耦合误差 149
11.4 跟踪与同步控制器的设计 150
11.5 仿真结果 155
参考文献 159
第12章 切换控制策略下多驱动系统同步与跟踪控制 162
12.1 带LuGre摩擦模型的多驱动系统模型 163
12.2 连接模式下同步与跟踪控制 164
12.3 齿隙模式下的鲁棒控制 172
12.4 两种模式间的切换 175
12.5 仿真结果 175
参考文献 178
第13章 基于扩张状态观测器的多驱动系统输出反馈动态面控制 181
13.1 问题提出 182
13.1.1 多驱动机械系统 182
13.1.2 切比雪夫神经网络逼近器 182
13.1.3 控制目标 183
13.2 扩张状态观测器设计 184
13.3 自适应动态面控制 185
13.3.1 跟踪微分器 185
13.3.2 自适应动态面控制器设计 185
13.4 实验结果 188
参考文献 189
第14章 多驱动系统的保性能鲁棒预测控制 192
14.1 问题提出 193
14.2 复合控制 194
14.3 前馈控制器设计 194
14.4 很优保性能鲁棒控制 199
14.5 仿真结果 201
参考文献 204
第15章 多电机伺服系统控制与结构参数优化 207
15.1 系统描述 208
15.2 有限时间跟踪控制器设计 209
15.3 控制与结构参数优化设计 210
15.3.1 目标函数设定 210
15.3.2 改进的引力搜索算法 211
15.4 仿真结果 212
参考文献 213
第16章 同步与跟踪控制在实际系统中的应用 215
16.1 四电机系统实验平台 215
16.1.1 硬件实验平台 215
16.1.2 传感器和板卡 216
16.1.3 系统软件 217
16.2 基于状态观测器的自适应鲁棒同步与跟踪控制 218
16.2.1 参数选取规则 218
16.2.2 实验结果 218
16.3 平均偏差耦合的同步控制与鲁棒跟踪 222
16.4 基于参数估计的自适应跟踪与同步级联控制 223
16.4.1 参数选择 223
16.4.2 参数辨识结果 223
16.4.3 跟踪与同步级联控制结果 224
16.5 保性能鲁棒预测控制 227
参考文献 229