基于多智能体一致性协议的网络化多电机速度同步研究

发布时间：2020-04-28 01:47

【摘要】：由于多电机系统在工程领域的大量应用,其速度同步问题得到了广泛关注。目前,多电机同步系统主要应用于机器制造、纺织印刷及胶板印刷等领域。多数情况下,多电机的同步稳定性主要在于速度的同步及保持。为达到速度的同步,有必要对多电机系统进行实时的采样。网络环境下采样信号(电机实时转速及其期望的转速)需要通过通信链路进行传输。由于通信网络的引入,会带来信号传输的时延,拥塞,异步等问题,进而对实现多电机网络化同步的目标带来挑战。多自主体系统是通过网络信息交互协同完成共同任务的多个子系统的集合,其目标是通过多个子系统之间相互交互可以完成协同控制的任务。同时,每个自主体可以是任何具有特定动态行为的个体系统,如无人机、传感器、飞行器及卫星等。本文的多自主体则是由电机及其速度控制机制构成。针对网络化多电机系统的速度同步问题,本文首先建立了网络化多电机系统的自主体模型,然后从状态反馈控制、基于LQR的状态反馈控制、基于事件触发的状态反馈与自适应控制等角度,设计了相应的多自主体的一致性协议,达到网络化多电机系统的速度同步目标。主要研究内容为:(一)针对具有斩波控制机制的DC电机,提出了基于状态反馈的多智能体领导-跟随协议。首先,对于第i个智能体通过变量变换的方法对DC电机模型进行线性化,并利用斩波电路特征,将由线性化子系统构成的多自智能体系统等效为切换系统,然后通过设计公共Lyapunov函数的方法,对网络化多电机进行了一致性分析及一致性协议设计。(二)基于(一)中系统,提出了一种新的基于LQR调节器的多智能体一致性协议。首先给出一个基于速度同步参数的最优性能代价函数,然后结合公共Lyapunov函数稳定性分析方法,设计了相应多智能体一致性协议。与传统分析方法相比,本文提出的方法,只需通过判断LQR代价函数是否衰减,来判断系统是否达到了同步。(三)针对网络通信带宽受限问题,对具有非可逆buck升压斩波电路的多DC电机,提出基于事件触发的多智能体领导-跟随一致性协议。事件触发条件设计中将速度同步误差作为触发依据,并通过Lyapunov函数方法保证该切换系统的稳定性。与传统时间触发方法相比,本文方法减少了资源占用率,提高了能量使用效率。(四)针对多电机系统,提出了具有混杂自适应特征的多智能体一致性协议设计方法。该方法由模型参考极点配置和跟踪控制(RST-MRAC),与带有模型参考变结构自适应控制(VS-MRAC)组成。将该混合一致性协议方法分别应用到感应电机、无刷直流电机和有刷直流电机刷电机同步中,验证了方法的有效性。与传统方法相比,在达到速度同步目标前提下,本文提出的基于多智能体一致性协议的多电机系统控制机制具有一定的鲁棒性和灵活性。本文的研究也扩展了多智能体一致性控制在不同场景,不同工业领域的应用范围。将来可进一步研究考虑无线传感网络中传感结点到汇聚结点等传输过程中产生的时延、丢包和外部扰动等问题。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM301.2
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本文编号：2642909