本发明涉及控制，尤其涉及一种多控制器融合的双驱同步控制方法。
背景技术：
1、双丝杠进给系统的时变特性和非线性特性，建立了双丝杠进给系统的lpv模型，并进行了系统辨识。如何利用lpv模型设计高精度的鲁棒控制器，提高双丝杠进给系统的同步性能是目前面临的挑战。
2、传统控制方法主要以pid为主，将进给系统视为lti系统，忽略外界干扰、参数摄动以及未建模动态对系统的影响，pid控制虽然能保证一定的精度，但是难以保证系统在工作域内的稳定性。一种解决方法是确保设计的lti控制器随着机床动态特性变化仍具有鲁棒稳定性，鲁棒控制器可以充分考虑系统的不确定因素，采用单一控制器满足多个参数摄动，并且可以保证系统具有一定的鲁棒性，在低频阶段可以有效提高系统跟踪特性，但是灵活性不足，通常假设系统的不确定性在标称值附近摄动，一旦某些参数摄动范围过大将导致控制器的鲁棒性降低。
3、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供了一种多控制器融合的双驱同步控制方法，旨在解决上述问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，所述同步控制系统包括：
3、交叉耦合误差计算单元，被配置为接收所述双丝杠进给系统的双轴x1和x2的上一时刻输出位移x1和x2；并根据上一时刻输出位移x1和x2、以及双电机的参考位置指令r，得到单轴的跟踪误差；再依次经过跟踪误差子单元、同步误差子单元、以及交叉耦合误差子单元，输出交叉耦合误差e*；
4、同步跟踪控制器，被配置为接收所述交叉耦合误差计算单元输出的交叉耦合误差；并根据所述交叉耦合误差，输出同步跟踪电机控制信号ue；
5、振动抑制控制器，被配置为接收所述双丝杠进给系统的双轴x1和x2在上一时刻输出位移x1和x2；并根据上一时刻输出位移x1和x2，输出振动抑制电机控制信号uv；
6、干扰观测器，被配置为接收所述双丝杠进给系统的双轴x1和x2在上一时刻输出位移x1和x2、以及上一时刻输出电机控制信号um，输出电机偏差校正信号ud；
7、电机控制单元，根据同步跟踪电机控制信号ue、振动抑制电机控制信号uv以及电机偏差校正信号ud，得到电机控制信号um，用于驱动双丝杠进给系统。
8、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，在进行所述同步跟踪控制器设计时，将所述双丝杠进给系统简化为lt i系统，lti系统由如下状态空间方程描述：
9、
10、其中，为系统状态向量，为控制输入，为测量输出，为被调输出也称性能输出，为外部干扰输入，这里考虑的干扰是不确定的，但是干扰信号能量有界，即w∈l2；
11、设计h∞状态反馈控制器为u＝ksyx，使如下闭环系统(2)是渐进稳定的，且闭环传递函数twz(s)满足界实定理；
12、
13、取h∞次优设计性能γ＝1，利用lmi算法来求得正定矩阵r、s，使得如下的lm i成立：
14、
15、其中，矩阵n12和n21分别表示和[c2,d21]零空间的基，即有n21＝ker[c2,d21]；
16、设计h∞状态反馈控制器时，权函数we为性能指标加权函数，作用是抑制交叉耦合误差e*，权函数wu为控制输入权函数，作用是对双电机的驱动电压进行限制，以防止进入饱和区；加权函数we、wu结合系统名义模型gn可以得到双丝杠进给系统的增广矩阵模型为：
17、
18、x为增广系统的状态向量矩阵，w＝[r]，ue＝[ue1 ue2]t，ze＝[ze1 ze2]t，zu＝[zu1 zu2]t，增广系统模型与h∞状态反馈控制器ksy组成闭环控制系统，所述增广系统模型的系统矩阵为：
19、
20、d22＝[0]
21、其中，b＝[bl br]，c＝[cu cd]t，l、r表示矩阵的左右列，u、d表示矩阵的上下行；在matlab中通过hinfsyn函数求解lmi即可得到双丝杠进给系统的h∞同步跟踪控制器ksy。
22、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，在进行所述振动抑制控制器设计时，基于lpv系统设计增益调度控制器，通过工作台位置xw和工件质量mw实现增益调节，降低不同固有频率的振动峰值，满足双丝杠进给系统的闭环稳定性，确保已经设计的同步控制器ksy的同步性能。
23、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，选取工作台位置xw和工件质量mw作为调度变量，设计lpv鲁棒控制器，通过多胞模型描述双丝杠进给系统，得到具有多胞结构的如下lpv模型：
24、
25、式中，
26、
27、对多胞结构的lpv模型，对时变参数多面体顶点ω1、ω2、ω3、ω4分别设计满足要求的状态反馈控制器k1、k2、k3、k4，以它们为凸多胞体，在凸集内工作台位于任意位置xw和任意质量mw，将每个顶点的控制器进行控制器设计综合在一起，可以获得双丝杠进给系统的lpv多胞结构控制器kvib，即：
28、
29、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，在设计所述振动抑制控制器时，将滚珠丝杠系统g(xw,mw)和跟踪控制器ksy(s)进行结合，构成一个新的系统，其中ksy(s)＝csy(si-asy)-1bsy+dsy，新组合系统模型gn(xw,mw)表示如下：
30、
31、其中，
32、，
33、cn＝[c 0]；
34、设计双丝杠进给系统振动抑制控制器kvib时，引入wf和wv为控制器设计的权函数，wf用来抑制电机驱动力f引起的振动，限制固有频率附近的振动幅值；wv用来限制控制器的输出信号，防止输出过饱和问题；基于新的组合lpv系统gn(xw,mw)以及权函数wf和wv可以得到新的增广系统为：
35、
36、其中，为新组合系统的状态向量；
37、为新组合系统的控制输出；
38、y＝[x1 x2]t为系统的测量输出；
39、动态加权函数wf(s)＝cf(si-af)-1bf+df；
40、wv为常数增益，那么可以推导出上式中的系统矩阵如下：
41、
42、根据lpv变增益h∞鲁棒控制器的设计理论，设计出振动抑制控制器kvib。
43、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，所述干扰观测器为滤波器，用以滤掉不确定的外界干扰。
44、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，在所述干扰观测器中，滤波器为低通滤波器，其表达形式为：
45、
46、其中，l≥k+b；
47、c0＝a0；
48、τ为时间常量；
49、b为q(s)的相对阶次。
50、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，在所述干扰观测器中，低通滤波器的相对阶次取为1，其表达形式为：
51、q(s)＝1/(τs+1)。
52、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，所述同步跟踪电机控制信号ue、振动抑制电机控制信号uv以及电机偏差校正信号ud，得到电机控制信号um，用于驱动双丝杠进给系统中，所述电机控制单元被配置为：
53、将同步跟踪电机控制信号ue、振动抑制电机控制信号uv相加，得到um0；
54、将um0和电机偏差校正信号ud相减，得到电机控制信号um。
55、优选地，在所述多控制器融合的双驱同步控制方法中，所述交叉耦合误差计算单元中，
56、单轴的跟踪误差为：
57、
58、其中，r为双电机的参考位置指令；
59、e1和e2分别为单轴的跟踪误差；
60、双轴之间的同步误差如下：
61、
62、其中，ε1和ε2分别为所述双丝杠进给系统的双轴x1和x2的同步误差；
63、引入交叉耦合误差，将式(11)写成如下矩阵：
64、ε＝te；(12)
65、其中，ε＝[ε1ε2]t；
66、e＝[e1 e2]t；
67、表示同步状态转移矩阵，那么交叉耦合误差便可以定义为如下形式：
68、e*＝e+βε； (13)
69、其中，
70、
71、β＝diag(β1,β2)为交叉耦合系数，且βi＞0(i＝1,2)；
72、将式(12)代入式(13)中可得到：
73、e*＝(i+βt)e；
74、其中i为单位矩阵；
75、(i+βt)为正定阵；
76、e*为交叉耦合误差。
77、本发明至少具有如下有益效果：
78、本发明针对双丝杠进给系统时变动态特性提出了多个控制目标，首先是提高进给系统的跟踪精度，减小双驱结构的同步误差；其次是抑制进给系统的各类振动，包括高频谐振、非线性振动等，提高系统的动态性能和控制带宽；最后是针对双丝杠进给系统的不确定干扰进行滤波消除。本发明通过交叉耦合并行同步控制策略，针对前述控制目标分别设计相应的控制器，进行多控制器协同控制。
1.一种多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，所述同步控制系统包括：
2.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，在进行所述同步跟踪控制器设计时，将所述双丝杠进给系统简化为lti系统，lti系统由如下状态空间方程描述：
3.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，在进行所述振动抑制控制器设计时，基于lpv系统设计增益调度控制器，通过工作台位置xw和工件质量mw实现增益调节，降低不同固有频率的振动峰值，满足双丝杠进给系统的闭环稳定性，确保已经设计的同步控制器ksy的同步性能。
4.如权利要求3所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，选取工作台位置xw和工件质量mw作为调度变量，设计lpv鲁棒控制器，通过多胞模型描述双丝杠进给系统，得到具有多胞结构的如下lpv模型：
5.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，在设计所述振动抑制控制器时，将滚珠丝杠系统g(xw，mw)和跟踪控制器ksy(s)进行结合，构成一个新的系统，其中ksy(s)＝csy(si-asy)-1bsy+dsy，新组合系统模型gn(xw，mw)表示如下：
6.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，所述干扰观测器为滤波器，用以滤掉不确定的外界干扰。
7.如权利要求6所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，在所述干扰观测器中，滤波器为低通滤波器，其表达形式为：
8.如权利要求7所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，在所述干扰观测器中，低通滤波器的相对阶次取为1，其表达形式为：
9.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，所述同步跟踪电机控制信号ue、振动抑制电机控制信号uv以及电机偏差校正信号ud，得到电机控制信号um，用于驱动双丝杠进给系统中，所述电机控制单元被配置为：
10.如权利要求1所述的多控制器融合的双驱同步控制方法，其特征在于，所述交叉耦合误差计算单元中，
