基于模糊控制的多电机同步控制方法的研究

赵文学 东北大学秦皇岛分校控制工程学院

基于模糊控制的多电机同步控制方法的研究

赵文学 东北大学秦皇岛分校控制工程学院

随着科技的发展和工业需求的增加，多电机同步控制方法日益成熟。现有的同步控制技术和控制算法种类多样，其中以耦合控制、模糊控制、神经网络最具代表性。模糊控制凭借其自身的优势，在与其他控制方法综合使用时，均取得了不错的控制效果。本文首先从多电机同步控制方法研究现状入手，简单介绍了目前常见的控制技术和控制算法；其次，介绍了模糊控制结合其他控制方法在多电机控制中的应用；最后，对全文进行总结，以期为相关研究人员提供参考。

多电机 同步控制 模糊控制

1 前言

近年来，随着工业的发展，多电机同步控制的应用越来越广泛。现有的同步控制技术和控制算法种类多样，仅使用一种控制方法却又往往无法满足控制要求。模糊控制凭借其自身的优越性，和其他控制方法协同使用，可以获得很好的控制效果。本文在参考大量文献的基础上，对目前模糊控制在多电机同步控制中的应用进行了归纳总结。

2 多电机同步控制方法研究现状

2.1 多电机同步控制技术

多电机同步控制技术包括并行控制、主从控制、交叉耦合控制、电子虚拟总轴控制和偏差耦合控制。并行控制和主从控制的特点是开环控制，不存在反馈。交叉耦合控制的特点是将两台电机的速度或位置比较的差值作为附加的反馈信号。电子虚拟总轴控制的特点是将经过总轴的作用后的信号作为驱动器的参考输入。偏差耦合控制的特点是先将某台电机的速度反馈同其它电机的速度反馈分别作差，然后将偏差相加作为该电机的速度补偿信号。

2.2 多电机同步控制算法

多电机同步控制算法包括PID控制、神经网络、模糊控制、滑模变结构、鲁棒控制等。常规PID控制器，较难整定PID参数。神经网络的特点是其非线性和自学习、自适应性。模糊控制的特点是不依赖于精确的数学模型。滑模变结构控制器的特点是不需要知道准确的数学模型，具有降阶、解耦的功能，但存在抖振现象。鲁棒控制的特点是鲁棒性好，但是算法复杂。

3 模糊控制在多电机同步控制中的应用

3.1 基于模糊PID控制的多电机同步控制

模糊PID复合控制是将模糊控制与PID控制算法相结合的一种控制方法，在论域内采用不同的控制方式实现分段控制，即大偏差范围内使用模糊控制，小偏差范围内使用PID控制。自整定模糊PID控制器以偏差e和偏差变化率ec作为输入，利用模糊控制理论在线对PID参数进行校正。混合型PID模糊控制器是由一个比例积分控制器和模糊控制器相关联而构成的，其输出是两个控制器输出的叠加。

3.2 基于模糊PID的多种耦合方式同步控制

偏差耦合控制、交叉耦合控制、相邻偏差耦合控制、改进型环形交叉耦合控制、改进变耦合次序控制分别和自整定模糊PID控制相结合，一方面在线对PID参数进行重新整定，另一方面对电机进行速度补偿，实现多电机同步控制。

3.3 基于新型模糊补偿器的多电机同步控制

利用模糊控制设计速度补偿器和利用改进的非线性PID控制设计速度调节器，使系统在出现大负载扰动时具有自调整能力。其中模糊补偿器分为同步误差补偿和跟踪误差补偿两个处理单元。同时对两种误差进行补偿，既可以改善同步性，又可以具有较高的跟踪精度。

3.4 基于模糊切换增益调节的多电机同步控制

在最小相关轴的基础上，采用模糊切换增益调节的滑模控制方式，对不确定的干扰项进行补偿。其优势在于，既保证了控制算法的鲁棒性，又弱化了滑模控制的抖振现象。

3.5 基于模糊控制的神经网络多电机同步控制

模糊神经网络控制是将人工神经网络的自学习和适应性与模糊逻辑的不确定推理有机结合的控制方法，具有较好的鲁棒性。神经元PID控制器利用神经网络的自学习、自适应性对PID参数在线实时调整，提高抗干扰能力。同时结合模糊控制器作为速度补偿器，提高同步性能。

4 总结

模糊控制在多电机同步控制中的应用日益广泛，在交叉耦合、偏差耦合及改进耦合控制的基础上，将模糊控制与PID控制、神经网络、滑模控制等控制算法相结合，可以弥补各控制技术和控制算法的不足，从而更好地同步协调控制多电机。本文旨在对模糊控制在多电机同步控制中的研究成果进行汇总、梳理，以期为相关领域的研究人员提供参考。

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