具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明，本发明的目的和效果将更加明显。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本实施例以三定向舵机的飞行器为例，对本发明进行详细说明。图1是本发明实施例提供的多舵机同步控制系统结构示意图。如图1所示，该系统包括：总监控系统远程发送同步时间和同步位置角多舵机系统中各子舵机采用无线接收器2接受同步时间和同步位置角用于执行针对子舵机电动机的控制。

如图1和图2所示，本实施例降低位置同步波动的多舵机同步控制方法包括：

1)根据同步时间和同步位置角第i台子舵机的实时位置角θ_im及实时角速度ω_im，通过位置转速联合控制律获得第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令i″_iq(k)；

2)通过预设的未知负载扰动观测器观测得到的负载观测项对第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令i″_iq(k)进行扰动补偿，得到第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令值

3)通过预设的电流预测控制器，根据第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令值和获得下一个周期k+1的d轴电压和q轴电压并通过下一个周期k+1的d轴电压和q轴电压控制第i台子舵机的电动机转动。

参见图2，本实施例包括采集子舵机实时转子位置角和转速，并根据同步时间指令设计子舵机位置转速联合控制律；采集子舵机定子电流，对子舵机的电流环采用改进型电流预测控制器，设计了未知负载扰动观测器，补偿电流环的控制。总监控系统根据航行轨迹与舵机间的数学模型，将航行目标转化为子舵机的同步时间和同步位置角指令。同时，总监控系统集成了各子舵机同步位置角实时显示功能；本实施例降低位置同步波动的多舵机同步控制方法的执行主体即为子舵机的控制单元。

本实施例中，步骤1)通过位置转速联合控制律获得第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令i″_iq(k)包括：

1.1)将第i台子舵机的实时位置角θ_im及实时角速度ω_im定义为状态变量，根据状态变量以及子舵机电动机的运动方程建立子舵机系统的非线性二阶方程：

上式中，x_i1和x_i2为状态变量，为状态变量x_i1的一阶导数，ω_im为第i台子舵机的实时角速度，为状态变量x_i2的一阶导数，B为阻尼系数，J为转动惯量，P_n为极对数，为永磁体磁链，i_iq为第i台子舵机定子电流的q轴分量，T_iL为第i台子舵机的负载转矩；

1.2)根据同步位置角指令与第i台子舵机的实时位置角θ_im的差ε_i、同步位置角的导数与第i台子舵机的实时角速度ω_im的差组合为第i台子舵机的误差向量E_i；

1.3)根据同步时间和第i台子舵机的误差向量E_i设计位置转速滑模函数s_i1；

上式中，X₁和Q为中间变量，E_i为第i台子舵机的误差向量，x_i为第i台子舵机的常数系数，q为terminal多项式函数，为terminal多项式函数q的一阶导数；

1.4)确定位置转速滑模函数的趋近律方程如下：

λ_i、h_i均为大于零的第i台子舵机的给定系数，sgn(s_i1)为符号函数。

1.5)根据非线性二阶方程、滑模函数s_i1和滑模趋近律设计第i台子舵机的位置转速联合控制律如下式所示：

上式中，i″_iq(k)表示第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令，J为转动惯量，P_n为极对数，为永磁体磁链，b_i1为大于零的第i台子舵机的给定系数，为同步位置角指令与实时位置角θ_im的差ε_i的一阶导数，为terminal多项式函数q的一阶导数，为terminal多项式函数q的二阶导数，ω_im为第i台子舵机的实时位置角θ_im的导数，为同步位置角的导数。作为一种可选的实施方式，terminal多项式函数q的函数表达式为：

上式中，q(t)表示terminal多项式函数，ε(0)为0时刻的误差量，为ε(0)的一阶导数，为ε(0)的二阶导数，t为时间，为同步时间，通过构造的上述terminal多项式函数，可使多舵机能在指定同步时间实现位置同步。

本实施例中，步骤2)中通过预设的未知负载扰动观测器观测得到的负载观测项对第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令i″_iq(k)进行扰动补偿的函数表达式为：

上式中，为第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令值，i_iq(k)为第i台子舵机当前周期k的q轴电流，c为干扰系数，为预设的未知负载扰动观测器得到的负载观测项。

本实施例采用了改进型电流预测控制器，对硬件采集的电流进行了修正，同时对控制器的q轴控制指令来自做了负载扰动补偿。步骤2)中预设的未知负载扰动观测器观测得到的负载观测项的步骤包括：

2.1)设计未知负载扰动观测器的滑模函数s_i2如下：

上式中，X₂和Q为中间变量，E_i为第i台子舵机的误差向量，x_i2为第i台子舵机的未知负载扰动观测器的常数系数，q为terminal多项式函数，为terminal多项式函数q的一阶导数；

2.2)确定滑模函数的趋近律方程如下：

上式中，为滑模函数s_i2的导数，k_i为待整定常系数，sgn(s_i2)为符号函数；

2.3)基于滑模函数的趋近律方程，通过下式所示的未知负载扰动观测器得到负载观测项

上式中，J为转动惯量，x_i为常数系数，为同步位置角的导数与第i台子舵机的实时角速度ω_im的差，为terminal多项式函数q的一阶导数，为terminal多项式函数q的二阶导数，B为阻尼系数，ω_im为第i台子舵机的实时位置角θ_im的导数，P_n为极对数，为永磁体磁链，i_iq为第i台子舵机当前周期k的q轴电流，为第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令值，k_i为待整定常系数。

本实施例中，步骤3)中根据第i台子舵机当前周期k的q轴电流指令值和获得下一个周期k+1的d轴电压和q轴电压的步骤包括：

3.1)根据下式计算第i台子舵机的下一个周期k+1的d、q轴预测电流i′_id(k+1)和i′_iq(k+1)：

上式中，i_id(k)和i_iq(k)分别表示第i台子舵机的当前周期k的d、q轴预测电流，i_id(k-1)和i_iq(k-1)分别表示第i台子舵机的上一周期k-1的d、q轴预测电流，i_id(k-2)和i_iq(k-2)分别表示第i台子舵机的上上周期k-2的d、q轴预测电流；

3.2)根据下式对第i台子舵机的下一个周期k+1的d、q轴预测电流i′_id(k+1)和i′_iq(k+1)进行修正，得到修正后的下一个周期k+1的d、q轴预测电流i′_xid(k+1)和i′_xiq(k+1)：

上式中，Δ_id(k)和Δ_iq(k)分别为当前周期k的d、q轴电流误差项，当前周期k的d、q轴电流误差项分别为当前周期k的d、q轴电流与上一周期k-1的d、q轴电流之差，g_i为第i台子舵机的修正因子；

3.3)通过下式所示的预设的电流预测控制器，根据当前周期k的q轴电流指令值获得第i台子舵机的下一个周期k+1的d轴电压和q轴电压

上式中，R_i为第i台子舵机的定子电阻，L_id和L_iq分别为第i台子舵机的dq轴电感分量，i′_id(k+1)和i′_iq(k+1)分别为第i台子舵机的下一个周期k+1的d、q轴预测电流，T_s为采样周期，和分别为下下个周期k+2的d、q轴给定电流，下下个周期k+2的d、q轴给定电流值与周期k时刻的电流给定值相等，ω_ie(k)为第i台子舵机的转子电角速度，ω_im(k)为第i台子舵机当前周期k的实时角速度，为永磁体磁链。

参见图2，电流预测控制器输出的控制指令经过转标变换模块和SVPWM模块，从而生成驱动信号，并将驱动信号传输给子舵机逆变器驱动子舵机运行，改进的电流预测控制能明显降低位置波动。

本实施例中，步骤1)中第i台子舵机的实时角速度ω_im为对第i台子舵机的实时位置角θ_im求导数得到。

参见图1和图3，步骤1)～步骤3)的执行主体为子舵机对应的控制单元，且步骤1)之前还包括控制单元与预设的总监控系统通信以接收同步时间和同步位置角以及上传第i台子舵机的实时位置角θ_im的步骤；且总监控系统收到第i台子舵机上传的实时位置角θ_im后包括下述处理步骤：判断是否收到所有子舵机上传的实时位置角，若收到所有子舵机上传的实时位置角、且所有子舵机上传的实时位置角均与同步位置角之间的差值小于预设阈值，则结束并退出使得各个子舵机保持给定位置运行；否则，继续向各个子舵机下发同步时间和同步位置角

图4为同步时间为1秒的情况下本实施例方法与传统PI控制方法的对比效果图，其中Themeref正弦变化的给定同步位置角，Theme1为子舵机1的实时位置角，Theme2为子舵机2的实时位置角，Theme3为子舵机2的实时位置角，各子舵机初始位置不同，传统PI控制结果为图4中子图(a)所示，本实施例控制方法结果为图4中子图(b)所示，对比可以看出本实施例方法能在指定时间实现同步，同时明显降低了位置同步波动。图5为同步时间为2秒的情况下本实施例方法与传统PI控制方法的对比效果图，其中Themeref正弦变化的给定同步位置角，Theme1为子舵机1的实时位置角，Theme2为子舵机2的实时位置角，Theme3为子舵机2的实时位置角，各子舵机初始位置不同，传统PI控制结果为图5中子图(a)所示，本实施例控制方法结果为图5中子图(b)所示，进一步验证了本实施例控制方法能够到达从图3得出的控制效果。结合图3和图5可知，与多舵机电流环传统PI、传统预测控制相比，本实施例多舵机协同控制方法能降低位置同步波动，实现位置同步时间可控，满足了多舵机导向的精确控制，且系统鲁棒性强，保证了系统不受负载波动的干扰。

此外，本实施例还提供一种降低位置同步波动的多舵机同步控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行前述降低位置同步波动的多舵机同步控制方法的步骤。此外，参见图1和图2，本实施例还提供一种降低位置同步波动的多舵机同步控制系统，包括总监控系统和带有多个子舵机的航行器，航行器的每一个子舵机对应有一个控制单元，控制单元相互连接的微处理器和存储器，总监控系统与控制单元通信连接，微处理器被编程或配置以执行前述降低位置同步波动的多舵机同步控制方法的步骤。参见图1和图2，本实施例中控制单元还包括无线接收器安装在子舵机电动机上的编码器，编码器的输出端与对应的微处理器相连以用于输出对应第i台子舵机实时位置角θ_im，无线接收器与总监控系统之间通过无线网络相连。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述降低位置同步波动的多舵机同步控制方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。