[发明专利]新型无张力传感器多电机自适应卷绕控制方法

权利要求书

1.一种新型无张力传感器多电机自适应卷绕控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：设计张力观测器

建立收卷-放卷电机运动学模型

T_er和T_eu分别为收卷电机和放卷电机的电磁转矩，F为系统张力，T_fr和T_fu库伦摩擦力，B_r和B_u为粘性摩擦系数；J_r和J_u分别为收卷电机和放卷电机的转动惯量；

把张力F看作状态变量，由于控制器的采样频率非常高，因此在同一个控制周期内可以近似认为张力是一个恒定值，即

由于转动惯量的变化率远小于收卷辊和放卷辊角速度的变化率，因此，送-卷运动学模型可以近似表示为

以收卷电机为观测对象，建立收卷电机的动力学状态方程有

式中，x＝[ω_r F]^T；u＝[T_er-T_fr]为控制输入信号；y＝[ω_r]为输出量；C＝[1 0]；

根据现代控制理论中降维状态观测器的思想，如果将收卷电机的转速作为观测器的校正量，则张力观测器可表示为

式中，为被观测的状态变量；为观测器的输出量；K＝[k₁ k₂]^T为反馈增益。

根据状态观测器稳定条件确定k₁、k₂，可得

α和β分别为期望观测器的两个特征值；由此可以得到观测的张力值；

步骤2：自适应电机控制器

在单电机控制环节中，引入自适应控制算法，以应对收卷多电机系统运行过程中，随收卷量变化引起的轴端负载变化问题。

改进后的单电机转速环控制器如下：

式中，K_T为电机转矩系数，该系数与电机形式有关，是一个常数；k_vp为转速环比例控制系数，k_vi为转速环积分控制系数；α_s为转速环带宽系数，是转速环阻尼系数；ω_r为电机转速，为转速参考值；K_J为轴端转动惯量自适应系数，T_er(k-1)，T_er(k-2)为k-1和k-2时刻收卷电机转矩，e₀为两个时刻转速变化量，λ为由实验得到的自适应系数。