基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法及系统

本发明属于双电机伺服系统控制，具体涉及一种基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法及系统。

背景技术：

1、双电机同步驱动伺服系统是一种常见的控制系统，在高精度、高性能要求的工业生产线中得到广泛应用。由于双电机同步驱动伺服系统的复杂性，输入信号波动以及外部环境等因素容易导致系统出现故障，使得其控制性能下降甚至完全失效。执行器部分失效是常见的故障之一，双电机同步驱动伺服系统的执行器部分失效可能会影响系统伺服性能，甚至对系统的稳定性、动态性能和控制精度产生不利的影响。因此，研究考虑输入信号波动和偏差故障引起执行器失效的容错控制，对提高系统的性能具有至关重要的作用。

2、相比于连续系统，离散系统更适用于描述数字化系统的控制过程，具有更广泛的工程应用价值。因此，研究在离散时间系统下的容错控制成为一个具有重要意义的课题。

3、但在离散时间系统利用反步法直接对系统设计控制器，通常会产生“因果矛盾”问题。为解决这一问题，研究人员曾针对各种单电动机在离散时间系统的容错控制，通过命令滤波控制将误差补偿机制引入离散系统，以克服“计算复杂性”和“因果矛盾”问题，同时避免了滤波误差。离散时间系统的在可实现性方面优于连续时间系统，同时对系统状态采样控制，可以降低系统复杂性、成本和计算开销，提高容错性和鲁棒性。

4、然而，在网络资源受限的情况下，传统的周期性数据传输和执行的控制方法很容易引起网络堵塞。针对该问题，事件触发将成为减少通信和计算资源使用的有效方案。

5、基于事件触发的容错控制方法，是针对离散时间控制系统的一种新兴研究方向。它通过在系统中引入事件触发机制，将状态控制动作与事件的发生相关联，从而实现对系统状态的灵活监测和动态调整。控制器只在需要的时候才会触发状态控制动作，避免了周期性采样产生的控制冗余和计算开销，提高了系统的控制效率。

6、通过事件触发机制能够减少控制输入的计算量，同时保证了系统的稳定性。然而目前大部分研究成果是将事件触发控制方法应用在连续时间系统，在离散时间系统的应用较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，在检测到故障时，能够实现高精度的位置跟踪性能、双电机同步控制、抑制电流波动、补偿电流偏差，以保持系统稳定，同时利于节省网络资源，降低计算成本。

2、本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

3、基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，包括如下步骤：

4、步骤1.建立双电机伺服系统动力学离散模型，并给出当双电机伺服系统存在执行器部分失效和偏差故障时的双电机伺服系统动力学离散模型；

5、步骤2.设计事件触发机制，以减少通信和计算资源的使用；

6、步骤3.在反步法设计中使用命令滤波技术，并设计命令滤波器和误差补偿子系统，利用模糊逻辑系统来估计双电机伺服系统的非线性，设计双电机伺服系统在执行器部分失效故障下的容错控制器；

7、步骤4.利用设计的控制器实现对双电机伺服系统中执行器部分失效故障时的容错控制。

8、此外，在上述基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的基础上，本发明还提出了一种与之对应的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制系统，其技术方案如下：

9、基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制系统，包括如下模块：

10、模型构建模块，用于建立双电机伺服系统动力学离散模型，并给出当双电机伺服系统存在执行器部分失效和偏差故障时的双电机伺服系统动力学离散模型；

11、事件触发模块，用于设计事件触发机制，以减少通信和计算资源的使用；

12、控制器设计模块，用于在反步法设计中使用命令滤波技术，并设计命令滤波器和误差补偿子系统，利用模糊逻辑系统来估计双电机伺服系统的非线性，设计双电机伺服系统在执行器部分失效故障下的容错控制器；

13、以及容错控制模块，用于利用设计的控制器实现对双电机伺服系统中执行器部分失效故障时的容错控制。

14、此外，在基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的基础上，本发明还提出了一种用于实现上述方法的计算机设备。

15、该计算机设备包括存储器和处理器，存储器中存储有可执行代码，处理器执行所述可执行代码时，用于实现上面述及的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的步骤。

16、此外，在基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的基础上，本发明还提出了一种用于实现上述方法的计算机可读存储介质。

17、该计算机可读存储介质，其上存储有程序，当该程序被处理器执行时，用于实现上面述及的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的步骤。

18、本发明具有如下优点：

19、如上所述，本发明述及了一种基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法及系统。本发明在离散时间系统下提出了基于事件触发机制的容错控制，避免了工程应用中连续时间控制设计方法所带来的复杂采样和调试问题，有利于提高系统的控制精度；本发明采用事件触发控制降低了系统的更新频率，避免了周期性采样带来的控制冗余和计算开销，提高了系统的控制效率；此外，考虑到两台电机的同步误差，本发明设计了包含同步反馈信号的容错控制器，提高了系统的控制精度和同步性能，避免电机转速不一致造成的机械损伤，保证了安全。本发明方法能够在检测到故障时，实现高精度的位置跟踪性能、双电机同步控制、抑制电流波动以及补偿电流偏差，保持了系统稳定，同时节省网络资源，降低计算成本。

技术特征：

1.基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

4.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，对于离散时间系统，命令滤波器如公式(5)所示：

5.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

6.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，所述步骤3中，在完成容错控制器设计后，对由容错控制器控制的双电机伺服系统进行稳定性分析；对于有一个执行器部分失效和偏差故障的双电机伺服系统，其动力学模型如公式(2)所示，考虑二次可微的期望跟踪信号xd(k)；如果将控制律设计为如公式(27)所示，并采用公式(5)示出的命令滤波器、公式(28)示出的自适应控制律以及公式(8)示出的系统补偿误差，在此条件下，位置跟踪误差e1(k)能够在有限时间内收敛到原点的一个足够小的邻域内，闭环系统中的所有其他信号都是有限时间有界的。

7.根据权利要求1所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：当系统出现故障时，所设计的容错控制器维持系统稳定运行，实现高精度的位置跟踪性能、双电机同步控制、抑制电流波动、补偿电流偏差、保持系统稳定，同时节省网络资源，降低计算成本，用模糊逻辑来处理系统非线性函数和不确定项，实现对执行器部分失效故障时系统的容错控制。

8.基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有可执行代码，其特征在于，当处理器执行所述可执行代码时，用于实现如上述权利要求1至7任一项所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，当该程序被处理器执行时，用于实现如上述权利要求1至7任一项所述的基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法的步骤。

技术总结
本发明属于双电机伺服系统控制技术领域，具体公开了一种基于事件触发的双电机伺服系统容错离散控制方法及系统。本发明方法针对双电机伺服系统，在离散时间系统下提出基于事件触发机制的容错控制，采用欧拉法建立考虑输入信号波动和偏差的系统离散模型；设计事件触发机制，判断自适应律和控制律是否需要更新，减少通信和计算资源的使用；利用命令滤波控制技术克服传统反步法中的计算复杂性和因果矛盾问题，采用补偿信号消除滤波误差，提高系统的控制精度，结合模糊自适应技术设计控制器；同时考虑电机速度同步信号以保证系统具有较高的同步性能。当系统发生执行器部分失效和偏差故障后，本发明仍能够保证系统跟踪和同步性能同时减轻了计算负担。

技术研发人员：王保防,陈麦调,杨胜喜,蔡明洁,于金鹏,刘加朋
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23