多電機同步協(xié)調控制技術初探

王超雄

摘? 要：本文對近年來提出的典型控制策略進行了歸納分析，對比探討了各種控制策略的優(yōu)缺點，并對多電機同步協(xié)調控制技術的發(fā)展方向進行了展望。

關鍵詞：多電機同步控制;辨識;發(fā)展趨勢

一、多電機控制系統(tǒng)的干擾因素

（一）電源的穩(wěn)定性。目前，絕大多數(shù)的電機是依靠交流電來驅動的。電路系統(tǒng)中大功率設備的通斷、供電電壓波形的變化等因素都會造成控制系統(tǒng)的干擾，而這種干擾對各類系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。因此在多電機控制系統(tǒng)中除了要安裝電抗器以外，對系統(tǒng)的低壓控制電源還需采取額外的抗干擾措施以保證電源的穩(wěn)定。

（二）信號回路的干擾。多電機系統(tǒng)中自身的眾多信號線在工作過程中會產(chǎn)生相應的串擾和反射，從而影響多電機的控制系統(tǒng)。除此之外外部的電磁噪聲也會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，他們在工作的同時會產(chǎn)生相應的電磁場從而會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。因此也應加強信號線路本身的抗干擾能力。

二、多電機同步協(xié)調控制方案分析

（一）機械同步。機械同步當中用一個大功率驅動系統(tǒng)以一個固定的總軸旋轉速度來進行驅動，所有的被驅動單元都嚙合在這個總軸上。當某一單元的載荷發(fā)生變化時，通過齒輪箱，就會將這種變化反饋到總軸上，從而使總軸的旋轉速度產(chǎn)生相應的變化，同時其他單元的速度也會隨著擾動單元速度的變化產(chǎn)生相應的變化。因此可知多電機控制系統(tǒng)中的各個單元是一個有機整體，某一單元的變化會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

機械控制系統(tǒng)由于自身的特點，也存在一定的缺陷。主要包括：（1）由于機械總軸電容量的限制，導致各個單元輸出的力矩有限，能承受的載荷也有限。（2）電機機械總軸容易出現(xiàn)震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）各個驅動單元都需要配備相應的變速箱，靈活性不高，且維修成本較高。

（二）電力同步。（1）多電機同步協(xié)調的非耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)一般包括兩種主要的形式，基于相同給定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式以及主從同步控制系統(tǒng)?；谙嗤o定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式是一種相對比較簡單的非耦合控制方法，如圖1。

圖1? 基于給定相同參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式示意圖

在上述系統(tǒng)中，每個電機的輸入信號直接由系統(tǒng)給定，系統(tǒng)在啟動和停止階段的同步性能非常好。同時各個單元的的輸入信號只受參數(shù)信號的作用，屏蔽了其他外界因素的干擾。某一單元信號的波動不會對其他單元產(chǎn)生影響，可以更好地實現(xiàn)多電機的同步性。而另一種非耦合多電機同步協(xié)調控制的方式是主從同步控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2? 主從同步控制系統(tǒng)示意圖

從圖2中可知，從屬電機的輸入轉速值即為主電機的輸出轉速值，也就是說從電機能夠及時反映主電機上的相關參數(shù)。如果存在多臺電機的話，上述系統(tǒng)有兩種主要的控制方式。1）第一臺作為主電機，剩下的電機都當做從屬電機。將主電機的輸出信號作為剩下所有從屬電機的輸入信號，這樣的話從屬電機都能直接反應主電機的載荷擾動，而主電機卻不受從屬電機載荷擾動的影響。2）將第一臺電機作為主電機，最后一臺電機作為從屬電機。中間的電機同時兼任主電機和從屬電機兩個角色。在整個控制系統(tǒng)中，除了從屬電機，任何一臺電機的載荷擾動都會對其后面的電機產(chǎn)生相應的影響，而其上游的電機卻不受其影響。

（2）多電機的耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)雖然在某種程度上可以提高系統(tǒng)對電機同步性的控制效果，但是其仍存在一定的局限性。因此針對電機的同步協(xié)調控制又提出了交叉耦合控制策略以及偏差耦合控制策略。1）交叉耦合信號主要是首先將對應的電機速度信號進行對比差值，將差值作為反饋信號進行跟蹤補償，從而保證系統(tǒng)及時感應接受電機的狀態(tài)變化，保證系統(tǒng)獲得良好的同步控制，如圖3。2）偏差耦合控制主要是將相關的電機反饋做差，并將其作為電機的補償信號，從而改善其協(xié)調控制性能，如圖4，5。

圖3? 交叉耦合控制系統(tǒng)示意圖

圖4? 多電機偏差耦合控制示意圖

圖5? 速度補償示意圖

但是上述系統(tǒng)還是不能很好的解決多電機動態(tài)性能匹配以及跟蹤軌跡非線性等問題。

上述的所有控制系統(tǒng)基本上都是由電動機帶動通過相應的機械結構做相應的機械運動。在實際的運行過程中，產(chǎn)生負載的因素很多，而且負載一般都是動態(tài)變化的。因此在相應的系統(tǒng)設計中需要充分考慮負載的變化因素，要采取相應的補償措施來保證多電機的同步性。

三、研究動向展望

（一）較高的跟蹤精度。系統(tǒng)能否跟蹤輸入?yún)?shù)信號并達到較高的精度是評判一個系統(tǒng)同步性的重要標準，某些工業(yè)領域不但要求多電機能夠同步，還要求系統(tǒng)能夠高精度的跟蹤相關的輸入信號參數(shù)。

（二）良好的負載特性。在一定范圍內，隨著系統(tǒng)載荷的增加，系統(tǒng)的同步協(xié)調性能也不受影響。

（三）較強的抗干擾能力和魯棒性能。在實際的應用過程中系統(tǒng)需要較強的抗干擾能力。同時隨著外界環(huán)境條件的變化，系統(tǒng)參數(shù)的漂移要能控制在一定的范圍內。

（四）較高的穩(wěn)定性、可靠性和靈敏性。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠正常運作的前提。同時系統(tǒng)還要能夠及時對外界輸入信號做出反應，并進行相應的跟蹤。

結論：本文針對多電機同步協(xié)調控制技術進行了回顧和總結，并對目前多電機同步系統(tǒng)主要的干擾因素以及實現(xiàn)方案進行了闡述，在此基礎上還對目前關于多電機同步協(xié)調控制研究的熱點和方向進行了展望，以期為多電機同步協(xié)調控制的研究提供參考。

參考文獻：

[1] 項云韋.多臺電機同步協(xié)調運轉的變結構控制[J].電氣傳動自動化，1999，21 （3） ： 33-34.

[2] 李艷，邵日樣，邵世煌.模糊控制在電氣傳動中的運用現(xiàn)狀及前景[J].電氣傳動，1997， （2） ： 3-9.endprint

摘? 要：本文對近年來提出的典型控制策略進行了歸納分析，對比探討了各種控制策略的優(yōu)缺點，并對多電機同步協(xié)調控制技術的發(fā)展方向進行了展望。

關鍵詞：多電機同步控制;辨識;發(fā)展趨勢

一、多電機控制系統(tǒng)的干擾因素

（一）電源的穩(wěn)定性。目前，絕大多數(shù)的電機是依靠交流電來驅動的。電路系統(tǒng)中大功率設備的通斷、供電電壓波形的變化等因素都會造成控制系統(tǒng)的干擾，而這種干擾對各類系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。因此在多電機控制系統(tǒng)中除了要安裝電抗器以外，對系統(tǒng)的低壓控制電源還需采取額外的抗干擾措施以保證電源的穩(wěn)定。

（二）信號回路的干擾。多電機系統(tǒng)中自身的眾多信號線在工作過程中會產(chǎn)生相應的串擾和反射，從而影響多電機的控制系統(tǒng)。除此之外外部的電磁噪聲也會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，他們在工作的同時會產(chǎn)生相應的電磁場從而會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。因此也應加強信號線路本身的抗干擾能力。

二、多電機同步協(xié)調控制方案分析

（一）機械同步。機械同步當中用一個大功率驅動系統(tǒng)以一個固定的總軸旋轉速度來進行驅動，所有的被驅動單元都嚙合在這個總軸上。當某一單元的載荷發(fā)生變化時，通過齒輪箱，就會將這種變化反饋到總軸上，從而使總軸的旋轉速度產(chǎn)生相應的變化，同時其他單元的速度也會隨著擾動單元速度的變化產(chǎn)生相應的變化。因此可知多電機控制系統(tǒng)中的各個單元是一個有機整體，某一單元的變化會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

機械控制系統(tǒng)由于自身的特點，也存在一定的缺陷。主要包括：（1）由于機械總軸電容量的限制，導致各個單元輸出的力矩有限，能承受的載荷也有限。（2）電機機械總軸容易出現(xiàn)震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）各個驅動單元都需要配備相應的變速箱，靈活性不高，且維修成本較高。

（二）電力同步。（1）多電機同步協(xié)調的非耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)一般包括兩種主要的形式，基于相同給定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式以及主從同步控制系統(tǒng)?；谙嗤o定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式是一種相對比較簡單的非耦合控制方法，如圖1。

圖1? 基于給定相同參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式示意圖

在上述系統(tǒng)中，每個電機的輸入信號直接由系統(tǒng)給定，系統(tǒng)在啟動和停止階段的同步性能非常好。同時各個單元的的輸入信號只受參數(shù)信號的作用，屏蔽了其他外界因素的干擾。某一單元信號的波動不會對其他單元產(chǎn)生影響，可以更好地實現(xiàn)多電機的同步性。而另一種非耦合多電機同步協(xié)調控制的方式是主從同步控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2? 主從同步控制系統(tǒng)示意圖

從圖2中可知，從屬電機的輸入轉速值即為主電機的輸出轉速值，也就是說從電機能夠及時反映主電機上的相關參數(shù)。如果存在多臺電機的話，上述系統(tǒng)有兩種主要的控制方式。1）第一臺作為主電機，剩下的電機都當做從屬電機。將主電機的輸出信號作為剩下所有從屬電機的輸入信號，這樣的話從屬電機都能直接反應主電機的載荷擾動，而主電機卻不受從屬電機載荷擾動的影響。2）將第一臺電機作為主電機，最后一臺電機作為從屬電機。中間的電機同時兼任主電機和從屬電機兩個角色。在整個控制系統(tǒng)中，除了從屬電機，任何一臺電機的載荷擾動都會對其后面的電機產(chǎn)生相應的影響，而其上游的電機卻不受其影響。

（2）多電機的耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)雖然在某種程度上可以提高系統(tǒng)對電機同步性的控制效果，但是其仍存在一定的局限性。因此針對電機的同步協(xié)調控制又提出了交叉耦合控制策略以及偏差耦合控制策略。1）交叉耦合信號主要是首先將對應的電機速度信號進行對比差值，將差值作為反饋信號進行跟蹤補償，從而保證系統(tǒng)及時感應接受電機的狀態(tài)變化，保證系統(tǒng)獲得良好的同步控制，如圖3。2）偏差耦合控制主要是將相關的電機反饋做差，并將其作為電機的補償信號，從而改善其協(xié)調控制性能，如圖4，5。

圖3? 交叉耦合控制系統(tǒng)示意圖

圖4? 多電機偏差耦合控制示意圖

圖5? 速度補償示意圖

但是上述系統(tǒng)還是不能很好的解決多電機動態(tài)性能匹配以及跟蹤軌跡非線性等問題。

上述的所有控制系統(tǒng)基本上都是由電動機帶動通過相應的機械結構做相應的機械運動。在實際的運行過程中，產(chǎn)生負載的因素很多，而且負載一般都是動態(tài)變化的。因此在相應的系統(tǒng)設計中需要充分考慮負載的變化因素，要采取相應的補償措施來保證多電機的同步性。

三、研究動向展望

（一）較高的跟蹤精度。系統(tǒng)能否跟蹤輸入?yún)?shù)信號并達到較高的精度是評判一個系統(tǒng)同步性的重要標準，某些工業(yè)領域不但要求多電機能夠同步，還要求系統(tǒng)能夠高精度的跟蹤相關的輸入信號參數(shù)。

（二）良好的負載特性。在一定范圍內，隨著系統(tǒng)載荷的增加，系統(tǒng)的同步協(xié)調性能也不受影響。

（三）較強的抗干擾能力和魯棒性能。在實際的應用過程中系統(tǒng)需要較強的抗干擾能力。同時隨著外界環(huán)境條件的變化，系統(tǒng)參數(shù)的漂移要能控制在一定的范圍內。

（四）較高的穩(wěn)定性、可靠性和靈敏性。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠正常運作的前提。同時系統(tǒng)還要能夠及時對外界輸入信號做出反應，并進行相應的跟蹤。

結論：本文針對多電機同步協(xié)調控制技術進行了回顧和總結，并對目前多電機同步系統(tǒng)主要的干擾因素以及實現(xiàn)方案進行了闡述，在此基礎上還對目前關于多電機同步協(xié)調控制研究的熱點和方向進行了展望，以期為多電機同步協(xié)調控制的研究提供參考。

參考文獻：

[1] 項云韋.多臺電機同步協(xié)調運轉的變結構控制[J].電氣傳動自動化，1999，21 （3） ： 33-34.

[2] 李艷，邵日樣，邵世煌.模糊控制在電氣傳動中的運用現(xiàn)狀及前景[J].電氣傳動，1997， （2） ： 3-9.endprint

摘? 要：本文對近年來提出的典型控制策略進行了歸納分析，對比探討了各種控制策略的優(yōu)缺點，并對多電機同步協(xié)調控制技術的發(fā)展方向進行了展望。

關鍵詞：多電機同步控制;辨識;發(fā)展趨勢

一、多電機控制系統(tǒng)的干擾因素

（一）電源的穩(wěn)定性。目前，絕大多數(shù)的電機是依靠交流電來驅動的。電路系統(tǒng)中大功率設備的通斷、供電電壓波形的變化等因素都會造成控制系統(tǒng)的干擾，而這種干擾對各類系統(tǒng)都會產(chǎn)生影響。因此在多電機控制系統(tǒng)中除了要安裝電抗器以外，對系統(tǒng)的低壓控制電源還需采取額外的抗干擾措施以保證電源的穩(wěn)定。

（二）信號回路的干擾。多電機系統(tǒng)中自身的眾多信號線在工作過程中會產(chǎn)生相應的串擾和反射，從而影響多電機的控制系統(tǒng)。除此之外外部的電磁噪聲也會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，他們在工作的同時會產(chǎn)生相應的電磁場從而會對多電機控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。因此也應加強信號線路本身的抗干擾能力。

二、多電機同步協(xié)調控制方案分析

（一）機械同步。機械同步當中用一個大功率驅動系統(tǒng)以一個固定的總軸旋轉速度來進行驅動，所有的被驅動單元都嚙合在這個總軸上。當某一單元的載荷發(fā)生變化時，通過齒輪箱，就會將這種變化反饋到總軸上，從而使總軸的旋轉速度產(chǎn)生相應的變化，同時其他單元的速度也會隨著擾動單元速度的變化產(chǎn)生相應的變化。因此可知多電機控制系統(tǒng)中的各個單元是一個有機整體，某一單元的變化會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

機械控制系統(tǒng)由于自身的特點，也存在一定的缺陷。主要包括：（1）由于機械總軸電容量的限制，導致各個單元輸出的力矩有限，能承受的載荷也有限。（2）電機機械總軸容易出現(xiàn)震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）各個驅動單元都需要配備相應的變速箱，靈活性不高，且維修成本較高。

（二）電力同步。（1）多電機同步協(xié)調的非耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)一般包括兩種主要的形式，基于相同給定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式以及主從同步控制系統(tǒng)?；谙嗤o定參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式是一種相對比較簡單的非耦合控制方法，如圖1。

圖1? 基于給定相同參數(shù)信號的并聯(lián)運行模式示意圖

在上述系統(tǒng)中，每個電機的輸入信號直接由系統(tǒng)給定，系統(tǒng)在啟動和停止階段的同步性能非常好。同時各個單元的的輸入信號只受參數(shù)信號的作用，屏蔽了其他外界因素的干擾。某一單元信號的波動不會對其他單元產(chǎn)生影響，可以更好地實現(xiàn)多電機的同步性。而另一種非耦合多電機同步協(xié)調控制的方式是主從同步控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2? 主從同步控制系統(tǒng)示意圖

從圖2中可知，從屬電機的輸入轉速值即為主電機的輸出轉速值，也就是說從電機能夠及時反映主電機上的相關參數(shù)。如果存在多臺電機的話，上述系統(tǒng)有兩種主要的控制方式。1）第一臺作為主電機，剩下的電機都當做從屬電機。將主電機的輸出信號作為剩下所有從屬電機的輸入信號，這樣的話從屬電機都能直接反應主電機的載荷擾動，而主電機卻不受從屬電機載荷擾動的影響。2）將第一臺電機作為主電機，最后一臺電機作為從屬電機。中間的電機同時兼任主電機和從屬電機兩個角色。在整個控制系統(tǒng)中，除了從屬電機，任何一臺電機的載荷擾動都會對其后面的電機產(chǎn)生相應的影響，而其上游的電機卻不受其影響。

（2）多電機的耦合控制。多電機非耦合控制系統(tǒng)雖然在某種程度上可以提高系統(tǒng)對電機同步性的控制效果，但是其仍存在一定的局限性。因此針對電機的同步協(xié)調控制又提出了交叉耦合控制策略以及偏差耦合控制策略。1）交叉耦合信號主要是首先將對應的電機速度信號進行對比差值，將差值作為反饋信號進行跟蹤補償，從而保證系統(tǒng)及時感應接受電機的狀態(tài)變化，保證系統(tǒng)獲得良好的同步控制，如圖3。2）偏差耦合控制主要是將相關的電機反饋做差，并將其作為電機的補償信號，從而改善其協(xié)調控制性能，如圖4，5。

圖3? 交叉耦合控制系統(tǒng)示意圖

圖4? 多電機偏差耦合控制示意圖

圖5? 速度補償示意圖

但是上述系統(tǒng)還是不能很好的解決多電機動態(tài)性能匹配以及跟蹤軌跡非線性等問題。

上述的所有控制系統(tǒng)基本上都是由電動機帶動通過相應的機械結構做相應的機械運動。在實際的運行過程中，產(chǎn)生負載的因素很多，而且負載一般都是動態(tài)變化的。因此在相應的系統(tǒng)設計中需要充分考慮負載的變化因素，要采取相應的補償措施來保證多電機的同步性。

三、研究動向展望

（一）較高的跟蹤精度。系統(tǒng)能否跟蹤輸入?yún)?shù)信號并達到較高的精度是評判一個系統(tǒng)同步性的重要標準，某些工業(yè)領域不但要求多電機能夠同步，還要求系統(tǒng)能夠高精度的跟蹤相關的輸入信號參數(shù)。

（二）良好的負載特性。在一定范圍內，隨著系統(tǒng)載荷的增加，系統(tǒng)的同步協(xié)調性能也不受影響。

（三）較強的抗干擾能力和魯棒性能。在實際的應用過程中系統(tǒng)需要較強的抗干擾能力。同時隨著外界環(huán)境條件的變化，系統(tǒng)參數(shù)的漂移要能控制在一定的范圍內。

（四）較高的穩(wěn)定性、可靠性和靈敏性。系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠正常運作的前提。同時系統(tǒng)還要能夠及時對外界輸入信號做出反應，并進行相應的跟蹤。

結論：本文針對多電機同步協(xié)調控制技術進行了回顧和總結，并對目前多電機同步系統(tǒng)主要的干擾因素以及實現(xiàn)方案進行了闡述，在此基礎上還對目前關于多電機同步協(xié)調控制研究的熱點和方向進行了展望，以期為多電機同步協(xié)調控制的研究提供參考。

參考文獻：

[1] 項云韋.多臺電機同步協(xié)調運轉的變結構控制[J].電氣傳動自動化，1999，21 （3） ： 33-34.

[2] 李艷，邵日樣，邵世煌.模糊控制在電氣傳動中的運用現(xiàn)狀及前景[J].電氣傳動，1997， （2） ： 3-9.endprint