阅读说明：本技术 一种多路并联伺服机构协调控制器 (Multi-path parallel servo mechanism coordination controller ) 是由 杨佳利 和阳 朱纪洪 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多路并联伺服机构协调控制器,属于机电伺服控制技术领域,其特征在于含有N路位置协调控制器,每路位置协调控制器包含一个减法器、一个位置控制器、一个速度指令限幅器、一个误差补偿控制器和一个加法器。对于多个机电伺服机构之间的协调控制在动态响应过程中难以保证同步精度的问题,本发明提出了一种协调控制方案,利用多路位置控制误差进行补偿控制,将所有机电伺服系统的响应过程与动态特性最慢的一路伺服系统保持一致,实现多个机电伺服系统动态响应过程的高精度协调控制。本发明的优点在于思想简单、易于实现、控制参数调试难度小,不存在因控制能力有限难以进行协调控制的问题。(The invention provides a multi-path parallel servo mechanism coordination controller, which belongs to the technical field of electromechanical servo control and is characterized by comprising N paths of position coordination controllers, wherein each path of position coordination controller comprises a subtracter, a position controller, a speed instruction amplitude limiter, an error compensation controller and an adder. For the problem that the synchronous precision of the coordination control among a plurality of electromechanical servo mechanisms is difficult to ensure in the dynamic response process, the invention provides a coordination control scheme, which utilizes multi-path position control errors to carry out compensation control, keeps the response processes of all electromechanical servo systems consistent with one path of servo system with the slowest dynamic characteristic, and realizes the high-precision coordination control of the dynamic response processes of the plurality of electromechanical servo systems. The invention has the advantages of simple thought, easy realization, small difficulty in debugging control parameters and no problem of difficult coordination control due to limited control capability.)

一种多路并联伺服机构协调控制器

技术领域

本发明属于机电伺服控制技术领域，涉及一种多路并联伺服机构的协调控制方案。

背景技术

分布式控制架构中多个执行机构需要协调一致实现预期的控制效果，而且在动态响应过程中也要保持一致，否则会产生非预期的控制偏差影响系统性能。然而，实际系统中，由于外界负载扰动的不确定、惯量大小的不同，以及加工误差产生的影响，每个执行机构的响应性能存在偏差，给分布式协调控制带来了困难，尤其是在动态响应过程中执行机构存在速率饱和非线性问题时，响应过程中的协调控制难度更大。因此，多个伺服机构的动态协调控制问题具有很大的技术挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多路并联伺服机构的协调控制方案，以解决多路并联伺服机构在动态响应过程中的高精度协调控制问题。

一种多路并联伺服机构协调控制器，其特征在于含有N路位置协调控制器(N为大于1的整数)，其中，每路所述位置协调控制器含有一个减法器、一个位置控制器、一个速度指令限幅器、一个误差补偿控制器和一个加法器；第i路(i＝1，2，3，…，N)所述减法器实现位置指令与第i路位置反馈信号的相减运算，得到第i路位置控制误差err_i，作为第i路所述位置控制器的输入信号；第i路所述位置控制器根据第i路位置控制误差err_i和位置控制律计算得到第i路所述位置控制器的输出信号

作为第i路所述速度指令限幅器的输入信号；第i路所述速度指令限幅器经数值限幅运算后得到第i路所述速度指令限幅器的输出信号

第i路所述误差补偿控制器的输入信号为N路位置控制误差err₁，err₂，err₃，…，err_N；第i路所述误差补偿控制器根据N路位置控制误差进行补偿控制，得到第i路所述误差补偿控制器的输出信号u_i；第i路所述加法器实现第i路所述速度指令限幅器的输出信号

与第i路所述误差补偿控制器的输出信号u_i的相加运算，得到第i路所述位置协调控制器的输出信号

作为后级控制器的输入指令。

可选的，所述的误差补偿控制器含有一个信号选择器、一个减法器和一个补偿控制器，其中：第i路(i＝1，2，3，…，N)所述信号选择器的输入信号为N路位置控制误差err₁，err₂，err₃，…，err_N；第i路所述信号选择器根据N路输入信号选择其中绝对值最大的一路信号作为第i路所述信号选择器的输出信号err_s；第i路所述减法器用于实现第i路位置控制误差信号err_i与第i路所述信号选择器的输出信号err_s的相减运算，得到第i路协调控制偏差信号Δ_i，作为第i路所述补偿控制器的输入信号；第i路所述补偿控制器根据第i路协调控制偏差信号Δ_i，采用比例控制方式或比例加积分控制方式计算补偿控制量u_i，作为第i路所述误差补偿控制器的输出信号u_i。

可选的，所述的比例加积分控制方式中积分器采用逻辑积分器，即：若所述逻辑积分器的输入信号Δ与所述逻辑积分器的输出信号u^LI符号相反，即Δ×u^LI＜0，则采用积分增益K1^I；否则，则采用积分增益K2^I；其中，K1^I＞＞K2^I≥0。

本发明采用以上技术方案即可实现多路并联伺服机构在动态响应过程中的高精度协调控制，该协调控制方案将所有伺服机构的动态响应性能与动态响应最慢的一路伺服机构保持一致，这样不会存在补偿控制过程中某些伺服机构因自身响应能力有限产生难以补偿的协调控制误差。本发明对控制通道数目没有限制，控制参数调试任务量小，在保证协调控制精度的同时不影响系统的整体动态响应性能。

附图说明

图1：本发明协调控制方案框图。

图2：误差补偿控制器框图。

图3：存在速率饱和情况的系统响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。

本实施例以3个机电伺服机构并联情况下的协调控制为例进行介绍，3路伺服机构在高动态响应过程中存在速率饱和问题及性能差异，导致在相同位置指令下的响应过程存在偏差，如图3所示。3路伺服机构采用同一个驱动控制器，其含有1个控制处理器、3路驱动模块和传感器采样电路。位置指令由外部数字总线定时传输至控制处理器，控制处理器采用美国德州仪器公司(Texas Instruments，简称TI)的TMS320F28xx^TM系列数字信号处理芯片，内部含有定时中断源，并按以下步骤实现3路伺服机构的位置协调控制：

(1)初始化：根据机电伺服机构的电机性能设置速度指令限幅值，设置系统协调控制周期T_s，并给定相应的控制增益参数；

(2)控制处理器内部定时中断服务程序以采样周期T_s采集3路伺服机构的位置反馈信号，并通过数据通信总线读取最新的位置指令，依据最新的位置指令和3路伺服机构的位置反馈信号计算3路伺服机构的位置控制误差err₁，err₂，err₃；

(3)根据第1路位置控制律参数和第1路位置控制误差err₁计算得到位置控制器的输出信号

根据速度指令限幅值对

进行限幅处理得到速度指令限幅器的输出信号

(4)根据3路伺服机构位置控制误差err₁，err₂，err₃，从其中选取绝对值最大的信号作为信号选择器的输出信号err_s；

(5)用第1路伺服机构的位置控制误差err₁减去信号选择器输出信号err_s得到第1路协调控制偏差信号Δ₁；

(6)第1路误差补偿控制器根据第1路协调控制偏差信号Δ₁和控制参数计算得到补偿控制量u₁，其中控制律可采用比例控制或比例加积分控制方式，若采用比例加积分控制方式，为消除传统积分器相位滞后的不利影响，则采用逻辑积分器，即：若所述逻辑积分器的输入信号Δ₁与所述逻辑积分器的输出信号

符号相反，即

则采用积分增益

否则，则采用积分增益其中，

(7)将第1路速度指令限幅器的输出信号

与第1路误差补偿控制器的输出信号u₁进行相加运算，得到第1路位置协调控制器的输出信号

即：作为后级速度控制器的输入指令；

(8)同理，按照步骤(3)-(7)计算第2路和第3路伺服机构的位置协调控制器的输出信号

和

并作为其对应速度控制器的输入指令。

通过以上步骤即可实现3路伺服机构在动态响应过程中的高精度协调控制。以上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明方法的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。