【摘要】：由于多電機系統(tǒng)在工程領(lǐng)域的大量應用,其速度同步問題得到了廣泛關(guān)注。目前,多電機同步系統(tǒng)主要應用于機器制造、紡織印刷及膠板印刷等領(lǐng)域。多數(shù)情況下,多電機的同步穩(wěn)定性主要在于速度的同步及保持。為達到速度的同步,有必要對多電機系統(tǒng)進行實時的采樣。網(wǎng)絡環(huán)境下采樣信號(電機實時轉(zhuǎn)速及其期望的轉(zhuǎn)速)需要通過通信鏈路進行傳輸。由于通信網(wǎng)絡的引入,會帶來信號傳輸?shù)臅r延,擁塞,異步等問題,進而對實現(xiàn)多電機網(wǎng)絡化同步的目標帶來挑戰(zhàn)。多自主體系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡信息交互協(xié)同完成共同任務的多個子系統(tǒng)的集合,其目標是通過多個子系統(tǒng)之間相互交互可以完成協(xié)同控制的任務。同時,每個自主體可以是任何具有特定動態(tài)行為的個體系統(tǒng),如無人機、傳感器、飛行器及衛(wèi)星等。本文的多自主體則是由電機及其速度控制機制構(gòu)成。針對網(wǎng)絡化多電機系統(tǒng)的速度同步問題,本文首先建立了網(wǎng)絡化多電機系統(tǒng)的自主體模型,然后從狀態(tài)反饋控制、基于LQR的狀態(tài)反饋控制、基于事件觸發(fā)的狀態(tài)反饋與自適應控制等角度,設計了相應的多自主體的一致性協(xié)議,達到網(wǎng)絡化多電機系統(tǒng)的速度同步目標。主要研究內(nèi)容為:(一)針對具有斬波控制機制的DC電機,提出了基于狀態(tài)反饋的多智能體領(lǐng)導-跟隨協(xié)議。首先,對于第i個智能體通過變量變換的方法對DC電機模型進行線性化,并利用斬波電路特征,將由線性化子系統(tǒng)構(gòu)成的多自智能體系統(tǒng)等效為切換系統(tǒng),然后通過設計公共Lyapunov函數(shù)的方法,對網(wǎng)絡化多電機進行了一致性分析及一致性協(xié)議設計。(二)基于(一)中系統(tǒng),提出了一種新的基于LQR調(diào)節(jié)器的多智能體一致性協(xié)議。首先給出一個基于速度同步參數(shù)的最優(yōu)性能代價函數(shù),然后結(jié)合公共Lyapunov函數(shù)穩(wěn)定性分析方法,設計了相應多智能體一致性協(xié)議。與傳統(tǒng)分析方法相比,本文提出的方法,只需通過判斷LQR代價函數(shù)是否衰減,來判斷系統(tǒng)是否達到了同步。(三)針對網(wǎng)絡通信帶寬受限問題,對具有非可逆buck升壓斬波電路的多DC電機,提出基于事件觸發(fā)的多智能體領(lǐng)導-跟隨一致性協(xié)議。事件觸發(fā)條件設計中將速度同步誤差作為觸發(fā)依據(jù),并通過Lyapunov函數(shù)方法保證該切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)時間觸發(fā)方法相比,本文方法減少了資源占用率,提高了能量使用效率。(四)針對多電機系統(tǒng),提出了具有混雜自適應特征的多智能體一致性協(xié)議設計方法。該方法由模型參考極點配置和跟蹤控制(RST-MRAC),與帶有模型參考變結(jié)構(gòu)自適應控制(VS-MRAC)組成。將該混合一致性協(xié)議方法分別應用到感應電機、無刷直流電機和有刷直流電機刷電機同步中,驗證了方法的有效性。與傳統(tǒng)方法相比,在達到速度同步目標前提下,本文提出的基于多智能體一致性協(xié)議的多電機系統(tǒng)控制機制具有一定的魯棒性和靈活性。本文的研究也擴展了多智能體一致性控制在不同場景,不同工業(yè)領(lǐng)域的應用范圍。將來可進一步研究考慮無線傳感網(wǎng)絡中傳感結(jié)點到匯聚結(jié)點等傳輸過程中產(chǎn)生的時延、丟包和外部擾動等問題。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM301.2
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本文編號：2642909