[发明专利]一种掘进机多电机刀盘系统的分布式预测控制方法在审
| 申请号： | 201710743422.1 | 申请日： | 2017-08-25 |
| 公开（公告）号： | CN107608211A | 公开（公告）日： | 2018-01-19 |
| 发明（设计）人： | 张浪文;谢巍;余孝源;吴伟林;何伟 | 申请（专利权）人： | 华南理工大学 |
| 主分类号： | G05B13/04 | 分类号： | G05B13/04 |
| 代理公司： | 广州市华学知识产权代理有限公司44245 | 代理人： | 李斌 |
| 地址： | 510640 广*** | 国省代码： | 广东;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 掘进机 电机 系统 分布式 预测 控制 方法 | ||
1.一种掘进机多电机刀盘系统的分布式预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分区建模部分：掘进机多电机刀盘系统包括若干个电机、联轴器、减速箱、轴承、小齿轮、大齿轮、刀盘；根据机械关联关系对刀盘驱动系统进行建模，得到每个电机系统方程，将掘进机的32个电机分成4个分区，每个分区由8个电机组成，相应地建立掘进机刀盘系统的分区系统模型，为电机的转矩优化提供模型；
S2、分布式预测控制部分：利用分布式预测控制方法，基于刀盘系统分区模型，每个分区设计一个独立的分布式预测控制器，对该分区的电机转矩进行优化设定；考虑到每个分区电机直接的关联关系，引入迭代算法实现各个分区电机扭矩设定的迭代交互，每个采样周期进行控制器的多次交互，实现各个分区电机的负载均衡。
2.根据权利要求1所述的掘进机多电机刀盘系统的分布式预测控制方法，其特征在于，分区建模具体过程如下：
第l个感应电动机输入力矩与输出力矩的关系如下：
其中，Te,l为第l个感应电动机输入力矩，Jr,l为第l个转动惯量，br,l为阻尼系数，To,l为第l个感应电机的输出转矩；θp,l为第l个电动机的转动角度，为转动角速度，为电动机的转动角加速度；
电动机的输出力矩就是联轴器的输入力矩，因此：
其中，M1,l为输入到减速箱的转矩，Jz,l为电机耦合器的转动惯量，bz,l为电机联轴器的粘滞阻尼；
将(2)代入(1)，得到：
其中Jd,l＝Jr,l+Jz,l，bd,l＝br,l+bz,l；
小齿轮和大齿轮之间的减速装置方程：
M2,l＝qM1,l(5)
其中，q为齿轮减速比，M2,l为第l个减速器输出扭矩；
从电机减速器的输出端到小齿轮的输出端的平衡方程如下：
其中，Jw,l为减速器和小齿轮之间联轴器的转动惯量，bw,l为减速器和小齿轮之间联轴器的粘滞阻尼，Tp,l为第l个小齿轮的输入转矩；Jp,l为第l个小齿轮惯性，bp,l为第l个小齿轮的粘滞阻尼，Mc,l为小齿轮的弹性啮合扭矩；
将(7)代入到(6)，得到第l个电机的转矩平衡方程：
其中Jc,l＝Jp,l+Jw,l，bc,l＝bp,l+bw,l；
假设有n个小齿轮带动大齿轮运动，大小齿轮力矩方程为：
其中，im,l为齿轮传动比，Mm为大齿轮的输入力矩；大齿轮的动态平衡方程为：
其中，θm为大齿轮转动角度，TL为负载力矩，Jm表示大齿轮的转动惯量，bm为大齿轮的粘滞阻尼；
第l个小齿轮和大齿轮之间弹性啮合力矩方程可以表示如下：
其中
kl为第l个感应电机和大齿轮的啮合刚度，cl表示第l个感应电机和大齿轮的网状阻尼，el(t)为齿轮传递误差，Δl表示齿轮啮合侧隙，rl为小齿轮半径；
那么从感应电动机到小齿轮的数学模型为：
其中TL为刀盘负载；
选取x＝[θp,1 … θp,n θm ωp,1 … ωp,n ωm]T,y＝[ωp,1 … ωp,n ωm]T，u＝[Te1 … Ten TL]T，ωp,l第l个感应电机的旋转角速度，ωm为刀盘的转动角速度；在对刀盘的主驱动系统进行建模时，为简化计算，忽略齿轮间的啮合刚度kl、啮合阻尼cl、齿轮传递误差el(t)和齿轮啮合侧隙Δl对系统的影响，得到模型：
其中，A11＝B11＝C11＝0(n+1)×(n+1)，A12＝C12＝I(n+1)×(n+1)，kt,l＝klrl2，ct,l＝clrl2
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