CN114018292B - 双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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CN114018292B CN202111335961.4A CN202111335961A CN114018292B CN 114018292 B CN114018292 B CN 114018292B CN 202111335961 A CN202111335961 A CN 202111335961A CN 114018292 B CN114018292 B CN 114018292B
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Abstract

本申请涉及一种双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质，该方法包括：获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。本申请能够解决由于无法确定目标双轴离心机副轴中出现的周期性干扰的干扰特性导致无法对控制信号进行补偿导致的对主轴和副轴的同步控制性能受限，无法满足对加速度计动态特性的精确校准要求的问题。

Description

双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别是涉及一种双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
精密离心机系统包括精密离心机以及控制精密离心机运行的装置，其中，精密离心机是用来测试和校正加速度计以及其他惯性仪表的重要机电设备。精密离心机系统已经广泛应用于航空和航天领域，传统的精密离心机系统一般采用单轴来标定加速度计，然而随着矢量推力技术的发展，单轴离心机系统无法满足对高加速度和高加速度变化率的离心加载实验要求，所以就出现了双轴精密离心机系统。顾名思义，双轴精密离心机系统中的精密离心机包括主轴和副轴，由于保证双轴之间的同步运行是实现双轴精密离心机系统稳定、安全运行的必要条件，而且双轴精密离心机系统对加速度计动态特性的精确校准是建立在双轴同步性能较好的前提下进行的，因此，控制双轴精密离心机系统中主轴和副轴的同步运行具有重要的意义。
然而，目前在对双轴精密离心机系统中主轴和副轴进行同步控制的过程中，由于存在干扰的影响，导致对双轴精密离心机系统中主轴和副轴的同步控制性能受限，无法满足对加速度计动态特性的精确校准要求。
发明内容
本申请提供一种双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质，能够准确的捕捉离心机中副轴的周期性干扰信号，精确的对干扰信号进行补偿，以更好的控制离心机中主轴和副轴的同步运行。
本申请第一方面，提供了一种双轴离心机控制方法，该方法包括：
获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
基于所述副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，所述第一初始控制信号为控制所述副轴运行的原始信号；
根据所述周期性干扰信号和所述非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
将所述目标补偿信号与所述第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过所述目标控制信号控制所述目标双轴离心机中副轴的运行。
本申请第二方面，提供了一种双轴离心机控制装置，该装置包括：
获取模块，用于获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
第一确定模块，用于基于所述副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，所述第一初始控制信号为控制所述副轴运行的原始信号；
第二确定模块，用于根据所述周期性干扰信号和所述非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
生成模块，用于将所述目标补偿信号与所述第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过所述目标控制信号控制所述目标双轴离心机中副轴的运行。
本申请第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项的方法的步骤。
本申请第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项的方法的步骤。
本申请提供了一种双轴离心机控制方法、装置、计算机设备和存储介质，该方法包括：获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。本申请提供的控制方法中能够通过预设的干扰器准确的识别副轴中的周期性干扰和非周期性干扰，分析周期性干扰的特性，更加精准的确定补偿干扰信号，解决由于无法确定目标双轴离心机副轴中出现的周期性干扰的干扰特性导致无法对控制信号进行精确补偿导致的对离心机系统中主轴和副轴的同步控制性能受限，无法满足对加速度计动态特性的精确校准要求的问题。
附图说明
图1为本申请一个实施例的双轴离心机控制方法的应用环境图；
图2为本申请一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图3为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图4为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图5为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图6为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图7为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图8为本申请另一个实施例的双轴离心机控制方法的流程示意图；
图9为本申请一个实施例的双轴离心机控制方法的原理示意图；
图10为本申请一个实施例的双轴离心机控制装置的结构框图；
图11为本申请一个实施例的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的双轴离心机控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，服务器106与控制目标双轴离心机主轴转动的第一电机102和控制副轴转动的第二电机104电连接，服务器106与主轴和副轴上的检测装置通信连接。副轴上的检测装置将检测到副轴的运行参数通过网络传输给服务器，服务器将该运行参数输入至预设的第一干扰器中，通过第一干扰器确定出影响控制副轴运行的周期性干扰和非周期性干扰，基于周期性干扰和非周期性干扰确定补偿信号，将补偿信号与最初控制副轴运行的控制信号进行叠加后生成新的控制信号，通过新的控制信号控制副轴的运行，因为新的控制信号精确的补偿了周期性干扰信号，所以能够避免周期性干扰导致的对离心机副轴控制的效果差，从而影响主轴和副轴的同步运行，进而使双轴离心机性能降低的问题。其中，服务器102可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种双轴离心机控制方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S202，获取目标双轴离心机中副轴的运行参数。
其中，目标双轴离心机是根据需求对加速度计或者其他惯性仪表进行测试和校正的机电设备，该目标双轴离心机包括主轴和副轴，主轴和副轴分别连接不同的电机，通过电机带动主轴和副轴转动，进一步的带动整个目标双轴离心机运动。副轴的运行参数例如可以是副轴在每一个时刻的转角，副轴的转速等。副轴的运行参数可以是通过设置在副轴上的检测设备确定，该检测设备例如可以是传感器等。
示例性的，可以是通过设置在副轴上的转速检测器检测得到副轴的转速为8500rpm，转速检测器与服务器通信连接，能够将检测到的副轴的转速实时的传输给服务器，以便服务器根据副轴的转速对控制信号进行调整。
步骤S204，基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号。
其中，周期性干扰是指具有周期性规律对第一初始控制信号产生干扰的信号，周期性干扰例如可以是由于主轴转动不平衡、无刷直流电机转子齿槽力矩、电磁波动力矩、摩擦与库仑摩擦、系统结构不对称、质量分布不均匀等原因导致的。周期性干扰是制约目标双轴离心机的运行性能的主要因素，它不但造成对目标双轴离心机控制精度的降低，还会影响加速度计动态特性的校准性能。但是，一般通过干扰补偿的方式提高对目标双轴离心机的控制性能时，干扰器是将主轴和副轴的所有的干扰作为一个总的干扰进行一刀切式的补偿，不会对副轴中出现的周期性干扰进行单独补偿，进而无法达到提升控制目标双轴离心机运行效果的目的。非周期性干扰是区别于周期性干扰的另一种干扰，顾名思义，非周期性干扰没有规律，不呈现周期性特性。非周期性干扰例如也可以是由于主轴转动不平衡、无刷直流电机转子齿槽力矩、电磁波动力矩、摩擦与库仑摩擦、系统结构不对称、质量分布不均匀等原因导致的。
第一初始控制信号是服务器根据目标控制需求生成的用于控制目标双轴离心机中副轴工作的原始信号，该原始信号传输至带动目标双轴离心机的副轴转动的第二电机上，转化为施加在第二电机上的电压，第二电机施加电压的多少影响副轴的转速等运行参数，所以第一初始控制信号能够表征副轴的转速、转角等运行参数的期望值。那么，设置在副轴上的检测装置检测副轴的实际运行参数，第一干扰器可以是将各个运行参数的实际值与各个运行参数的期望值进行比对，然后根据比对的误差分析得到干扰信号，进一步的可以通过干扰估计、干扰试验等方法将有规律的进行干扰的信号确定为周期性干扰，例如每隔一定的时间就出现的干扰，将不具有周规律的干扰信号确定为非周期性干扰，最后通过对周期性干扰信号的分析确定周期性信号的干扰特性。
步骤S206，根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号。
其中，根据上述第一干扰器确定出来的周期性干扰信号以及非周期性干扰信号，目标补偿信号可以是针对周期性干扰信号确定的补偿信号与针对非周期性干扰信号确定的补偿信号的叠加信号，根据该叠加信号一次性对第一初始信号进行干扰补偿；目标补偿信号还可以是包括第一补偿信号和第二补偿信号，其中，第一补偿信号为根据周期性干扰信号确定的补偿信号，第二补偿信号为根据非周期性干扰信号确定的补偿信号，那么可以是根据第一补偿信号和第二补偿信号分别对第一初始干扰信号进行干扰补偿，本申请对此不加以限定。
由于目标补偿信号是根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定的，所以是基于周期性干扰信号进行的周期性补偿，避免了目前只能将主轴和副轴的周期性干扰信号与非周期性干扰信号不加区分的划分为同一类干扰信号，只能进行一刀切的补偿方式，不能根据副轴的周期性干扰的干扰特性进行针对性的补偿，从而影响目标双轴离心机主轴和副轴的同步运行，进而无法提升目标双轴离心机的性能的问题。
步骤S208，将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。
其中，基于上述方式确定的目标补偿信号，可以是先将针对周期性干扰信号确定的补偿信号与针对非周期性干扰信号确定的补偿信号进行叠加，然后再与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号；还可以是将针对周期性干扰信号确定的补偿信号与第一初始控制信号进行叠加后，再与针对非周期性干扰信号确定的补偿信号进行叠加生成目标控制信号。目标控制信号最终转化为控制目标双轴离心机中副轴转动的第二电机的输入电压，相当于调整了电机的输入电压，进而调整目标双轴离心机中副轴的各项运行参数，从而达到提升对目标双轴离心机运行的控制效果。
如前所述，本申请提供的双轴离心机的控制方法，该方法包括：获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。本申请提供的控制方法能够通过预设的干扰器准确的识别副轴中的周期性干扰和非周期性干扰，分析周期性干扰的特性，更加精准的确定目标补偿信号，解决由于无法确定目标双轴离心机副轴中出现的周期性干扰的干扰特性导致无法对控制信号进行补偿导致的对离心机系统中主轴和副轴的同步控制性能受限，无法满足对加速度计动态特性的精确校准要求的问题。
在一个实施例中，本实施例是生成第一干扰器的一种可选的方法实施例，该方法实施例的步骤如下：
基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成第一干扰器。
其中，初始干扰器为仅能确定第一初始控制信号的总干扰信号的干扰器，即该初始干扰器是将目标双轴离心机的主轴和副轴的干扰作为一个总干扰进行统一的补偿。总干扰信号可以是包括主轴的非周期性干扰信号、副轴的周期性干扰信号以及副轴的周期性干扰信号的混合，不能识别副轴的周期性干扰的特性，所以无法针对周期性干扰信号的特性进行有针对性的进行干扰补偿，不利于提升对目标双轴离心机的控制效果。所以需要在初始干扰器中添加对副轴周期性干扰的识别功能，可以是根据上述确定的周期性干扰以及初始干扰器生成第一干扰器。根据周期性干扰以及初始干扰器生成第一干扰器的方式例如可以是通过数学建模的方式、神经网络模型训练的方式等，本申请对此不加以限定。
示例性的，下式例如为初始干扰器：
其中，其中为干扰T＝Tb+Tb的估计值，为的导数，N1，N2为干扰器增益矩阵，q1，q2为辅助变量，为辅助变量的导数，ub表示主轴输入转矩，X2＝[x3 x4]T，θb分别表示副轴的转角；分别表示副轴的转速；
需要说明的是，初始干扰器识别的干扰信号是主轴的非周期性干扰信号、副轴的周期性干扰信号以及副轴的非周期性干扰信号的一个总和。无法分辨哪些干扰信号是周期性干扰信号，哪些信号是非周期性干扰信号，所以不能根据周期性干扰信号的特性进行针对性的补偿，相当于把周期性干扰信号与非周期性干扰进行了等同的处理，一刀切的进行了补偿。
那么可以确定得到下式的第一干扰器：
需要说明的是：其中，为干扰Tb的估计值，为干扰Tb的估计值的导数，ε表示边界层的厚度，为干扰Tp内模的上界约束，可知其中lp＞0，q1，q2为辅助变量， 为辅助变量的倒数，q1，q2为辅助变量，为辅助变量的导数，ub表示主轴输入转矩，X2＝[x3 x4]T，θb分别表示副轴的转角；分别表示副轴的转速；
如上所述，本申请提供了一种双轴离心机控制方法，该方法基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成第一干扰器，因为初始干扰器易获得，在初始干扰器的基础上设计第一干扰器使得资源得到了合理的利用，进一步可以缩短第一干扰器的开发时间。
在一个实施例中，如图3所示，本实施例是如何确定初始干扰器的一种可选的方法实施例，该方法实施例包括如下步骤：
步骤S302，根据预设的状态变量和副轴的动力学空间方程确定副轴的状态空间方程。
其中，预设的状态变量是完整描述目标双轴离心机系统运动的一组变量，该状态变量例如为[x3，x4]T，副轴的动力学空间方程例如为那么，确定的副轴的状态空间方程为：
其中，θb分别表示副轴的转角；分别表示副轴的转速，为的导数；Jb表示副轴的转动惯量；bb为副轴的粘性摩擦系数；ub表示副轴的输入转矩；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，Tp满足以下条件|Tp|≤δp，其中δp为正常数，yb为副轴的输出，Tb是可微的且满足其中j＝1、2、3…，δb为正常数。
步骤S304，基于副轴的状态空间方程确定初始干扰器。
其中，为了便于第一干扰器的设计，定义系统状态变量为X1＝[x1 x2]T，X2＝[x3x4]T，则精密离心机系统的副轴状态空间方程为：
其中，C2＝[10]。
根据上式，可以得到初始干扰器：
如上所述，本申请提供了一种控制方法，该方法通过预设的状态变量和副轴的动力学空间方程确定副轴的状态空间方程，并根据副轴的状态空间方程确定初始干扰器，由于副轴的动力学空间方程易获得，所以能够快速的确定副轴的状态空间方程，进一步能够快速的得到初始干扰器，节约干扰器的开发时间。
在一个实施例中，本实施例是确定副轴动力学空间方程的一种可选的方法实施例，该方法包括：
根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定副轴的动力学空间方程，其中，θb为副轴的转角；为副轴的转速；Jb表示副轴的转动惯量；bb为副轴的粘性摩擦系数；ub表示副轴的输入转矩；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
其中，动力学空间方程用于控制副轴的运行，可以是将上述参数通过加减乘除运算得到，还可以是将上述参数经过乘累加运算得到，还可以是将上述参数经过积分等云端得到，本申请对此不加以限定。示例性的，例如副轴的动力学空间方程例如为
在一个实施例中，如图4所示，本实施例是本申请对目标控制信号进一步进行调整的一种可选的方法实施例，该方法包括如下步骤：
步骤S402，基于副轴的运行参数根据预设的第一跟踪控制器确定第一初始控制信号的第一跟踪误差信号。
步骤S404，根据第一跟踪误差信号对目标控制信号进行调整。
其中，第一跟踪控制器用于对副轴的运行轨迹进行跟踪并确定跟踪误差，基于确定的跟踪误差对目标控制信号进行进一步的调整，以实现对副轴的跟踪控制，进一步提升对副轴的控制效果。对于第一跟踪控制器的设计思路详见下述描述，在此不做赘述。
在一个实施例中，如图5所示，本实施例是本申请对副轴进行同步控制的一种可选的方法实施例，该方法包括如下步骤：
步骤S502，基于副轴的运行参数根据预设的第一同步控制器确定第一初始控制信号的第一同步误差信号；
步骤S504，根据第一同步误差信号对经过第一跟踪误差信号调整后的目标控制信号进行调整。
其中，第一同步控制器用于确定第一初始控制信号的同步误差，基于确定的同步误差对经过第一跟踪误差信号调整后的目标控制信号进行进一步的调整，以实现对副轴的同步控制，进一步提升对副轴的控制效果。对于第一同步控制器的设计思路详见下述描述，在此不做赘述。
在一个实施例中，如图6所示，本实施例是本申请对主轴进行干扰补偿控制的一种可选的方法实施例，该方法包括如下步骤：
步骤S602，基于目标双轴离心机中主轴的运行参数根据预设的第二干扰器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号；
步骤S604，根据非周期性干扰信号确定第二补偿信号；
步骤S606，将第二补偿信号与第二初始控制信号进行叠加生成第二控制信号，通过第二控制信号控制主轴的运行。
其中，目标双轴离心机中不光有副轴，还有主轴，主轴作为一个重要的部件，其运行的效果影响整个目标双轴离心机的性能，所以也需要对主轴进行干扰补偿控制，第二干扰器用于确定控制主轴运行的第二初始控制信号的干扰信号，由于在主轴的运行过程，不存在周期性干扰，所以为主轴设计的第一干扰器基于原始设计方法设计即可。
示例性的，例如主轴的第二干扰器设计如下：
其中，其中为干扰Ta的估计值，为的导数M1，M2为干扰器增益矩阵，p1，p2为辅助变量。为辅助变量的导数，ua表示主轴的输入转矩，X1＝[x1 x2]T，θa表示主轴的转角，表示主轴的转速。
基于上述设计的第二干扰器，根据主轴的圆形参数即可确定控制主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号，基于该非周期性干扰信号生成第二补偿信号，第二补偿信号与第二初始控制信号叠加后生成第二控制信号，最后，根据第二控制信号控制主轴的运行，第二控制信号是对干扰信号进行补偿后的控制信号，所以能够更加准确的对主轴进行控制，避免由于非周期性干扰信号的影响，导致对主轴控制效果差的问题。
在一个实施例中，如图7所示，本实施例是对主轴进行跟踪控制的一种可选的方法实施例，该方法实施例包括如下步骤：
步骤S702，基于主轴的运行参数根据预设的第二跟踪控制器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的第二跟踪误差信号；
步骤S704，根据第二跟踪误差信号对第二控制信号进行调整。
其中，第二跟踪控制器用于对主轴的运行轨迹进行跟踪并确定跟踪误差，基于确定的跟踪误差对第二控制信号进行进一步的调整，以实现对主轴的跟踪控制，进一步提升对主轴的控制效果。对于第二跟踪控制器的设计思路详见下述描述，在此不做赘述。
在一个实施例中，如图8所示，本实施例是本申请对主轴进行同步控制的一种可选的方法实施例，该方法包括如下步骤：
步骤S802，基于主轴的运行参数根据预设的第二同步控制器确定第二初始控制信号的第二同步误差信号；
步骤S804，根据第二同步误差信号对经过第二跟踪误差信号调整后的第二控制信号进行调整。
其中，第二同步控制器用于确定第二初始控制信号的同步误差，基于确定的同步误差对经过第二跟踪误差信号调整后的第二控制信号进行进一步的调整，以实现对主轴的同步控制，进一步提升对主轴的控制效果。对于第二同步控制器的设计思路详见下述描述，在此不做赘述。
在一个实施例中，如图9所示，根据图9对整体构建主轴的第二干扰器、第二跟踪控制器以及第二同步控制器以及副轴的第一干扰器、第一跟踪控制器以及第一同步控制器，作以说明：
首先，本申请提供的控制方法的控制目标为：设计主、副轴的控制律ua，ub使如下目标成立：
(1)主轴输出ya跟踪参考信号yda并且保证主轴跟踪误差eta＝ya-yda为最终一致有界的，副轴输出yb跟踪参考信号ydb并且保证副轴跟踪误差etb＝yb-ydb为最终一致有界的。
(2)副轴保证和主轴同步运行并且保证同步误差和为最终一致有界的。
由于目标双轴离心机主轴带宽较小，周期性干扰的影响不大，而副轴由于受到主轴的影响，携带了较大的周期性干扰，在建模时需要考虑。因此含周期性干扰的目标双轴离心机系统主、副轴的动力学空间方程如公式(1)：
其中，θa和θb分别表示主轴和副轴的转角；和分别表示主轴和副轴的转速；表示和的倒数，Ja为主轴的转动惯量；Jb为副轴的转动惯量；ba为主轴的粘性摩擦系数；bb为副轴的粘性摩擦系数；ua为主轴的输入转矩；ub为副轴的输入转矩；Ta表示主轴的外部干扰；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，并且满足以下条件|Tp|≤δp，其中δp为正常数。
假设一：外部干扰Ta，Tb是可微的且满足
其中j＝1，2 (2)
其中δa，δb为正常数。
定义第一状态变量目标双轴离心机系统的状态空间表达式可表示为：
其中ya和yb分别表示主轴和副轴的输出。
针对副轴的周期性干扰，引入周期性干扰，在初始干扰器基础上设计第一干扰器，同时估计非周期干扰和周期干扰。
为了便于第一干扰器的设计，定义第二状态变量为X1＝[x1 x2]T，X2＝[x3 x4]T，则目标双轴离心机系统的主、副轴状态空间方程(3)和(4)可表示如下形式：
其中C2＝[10]。
根据系统方程(5)和(6)，第二干扰器和初始干扰器可以设计如下：
其中，为干扰Ta的估计值，为干扰T＝Ta+Tb的估计值，为干扰T＝Ta+Tb的估计值的倒数，M1，M2，N1，N2为干扰器增益矩阵，p1、p2、q1、q2为辅助变量，为辅助变量的倒数。
从公式(8)中可以看出，初始干扰器是将主轴和副轴的周期性干扰和其他干扰作为一个总干扰进行估计和补偿，不能获得周期性干扰的特点，补偿效果有限，因此将周期性干扰引入公式(8)得到第一干扰器：
下面对通过本申请提供的方法确定的主轴的第二干扰器和副轴的第一干扰器的稳定性进行分析：
对主轴的第二干扰器的稳定性分析如下：
首先，定义主轴干扰误差为其中则主轴的第二干扰器的误差动态可表示为如下形式
其中
再定义副轴干扰误差为其中则副轴的第一干扰器的误差动态可表示为如下形式
其中
确定主轴的第二干扰器的增益G1，对任意正定矩阵Q1，存在一个正定矩阵P1
考虑李雅普诺夫函数其导数为
其中λmin(Q1)为Q1的最小特征根。因此，根据假设一，确定主轴干扰误差ωa的上界为
||ωa||≤λa (14)
其中
对第一干扰器的稳定性分析，如下：
确定副轴的第一干扰器的增益G2，对任意正定矩阵Q2，存在一个正定矩阵P2
考虑李雅普诺夫函数其导数为
当t∈[t0，∞]时，有||ωb||＞ε，此时式(39)经过化简后满足
其中δ≤|δp-Tp|，λmin(Q2)为Q2的最小特征根。因此，根据假设一，干扰估计误差ωb的上界为
||ωb||≤λb (18)
其中并且周期性干扰估计误差满足
其中
由此可知，主轴的第二干扰器和副轴的第一干扰器稳定性较好。
根据本申请的控制目标设计主轴和副轴的跟踪控制器和同步控制器，从而实现对主轴和副轴的跟踪同步控制，具体地：
首先说明主轴的第二跟踪控制器的设计思路，为了实现对主轴的跟踪控制，设计如下积分滑模面：
其中cta为正常数。如果设计控制律保证则我们有
求解可得
可以看到跟踪误差eta(t)的收敛性，取决于cta。
对滑模面stg(t)求导可得
根据(20)和(23)，第二跟踪控制器uta可设计如下
其中kta为滑模增益，ρta为切换增益，sgn为切换函数。
然后，说明副轴的第一跟踪控制器的设计思路，为了实现对主轴的跟踪控制，设计如下积分滑模面：
其中cta为正常数。如果设计控制律保证则我们有
求解可得
可以看到跟踪误差etb(t)的收敛性，取决于ctb。
对滑模面stb(t)求导可得
根据(25)和(28)，第一跟踪控制器uta可设计如下
其中ktb为滑模增益，ρtb为切换增益，sgn为切换函数。
接下来说明同步控制器的设计思路：
为了实现对主轴的同步控制，设计如下积分滑模面：
其中csa为正常数。如果设计控制律保证则我们有
求解可得
可以看到跟踪误差esa(t)的收敛性，取决于csa。
对滑模面ssa(t)求导可得
根据(30)和(33)，定义第二同步控制器可设计如下
其中ksa为滑模增益，ρsa为切换增益。
副轴的同步控制器根据前面的分析可知与主轴的同步控制器相反，即usa＝-usb。
下面对主轴控制器的稳定性进行分析。
根据主轴的状态空间方程，当第二跟踪控制器和第二同步控制器设计为(29)和(34)时，主轴的第二跟踪误差和第二同步误差能够渐进稳定收敛至原点的邻域内。
证明：考虑李雅普诺夫函数其导数为
根据杨式不等式，(35)可改写为
主轴的第二干扰器的干扰误差满足
将(37)式代入(36)式可得
其中
如果我们选择参数满足如下条件k′ta＞0，k′sa＞0，不等式(38)可被改写为
其中
对式(39)两边进行积分可得
这表明闭环系统的所有信号均为最终一致有界的，跟踪误差和同步误差能够渐进稳定收敛至原点的邻域内。副轴跟踪误差和同步误差有界性的证明方法也与主轴一致，在此不做赘述。
应该理解的是，虽然图2-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种控制装置1000，包括：获取模块1002、第一确定模块1004、第二确定模块1006和生成模块1008，其中：
获取模块1002，用于获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
第一确定模块1004，用于基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；
第二确定模块1006，用于根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
生成模块1008，用于将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。
在一个实施例中，上述生成模块1006，还用于基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成第一干扰器。
在一个实施例中，上述第一确定模块1004，还用于根据预设的状态变量和副轴的动力学空间方程确定副轴的状态空间方程；基于副轴的状态空间方程确定初始干扰器。
在一个实施例中，上述第一确定模块1004，还用于根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定副轴的动力学空间方程，其中，θb为副轴的转角；为副轴的转速；Jb表示副轴的转动惯量；bb为副轴的粘性摩擦系数；ub表示副轴的输入转矩；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
在一个实施例中，上述装置还包括调整模块(图中未示出)，
调整模块，基于副轴的运行参数根据预设的第一跟踪控制器确定第一初始控制信号的第一跟踪误差信号；根据第一跟踪误差信号对目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，上述调整模块，还用于基于副轴的运行参数根据预设的第一同步控制器确定第一初始控制信号的第一同步误差信号；根据第一同步误差信号对经过第一跟踪误差信号调整后的目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，上述装置还包括确定控制模块，
确定控制模块，用于基于目标双轴离心机中主轴的运行参数根据预设的第二干扰器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号；根据非周期性干扰信号确定第二补偿信号；将第二补偿信号与第二初始控制信号进行叠加生成第二控制信号，通过第二控制信号控制主轴的运行。
在一个实施例中，上述调整模块，还用于基于主轴的运行参数根据预设的第二跟踪控制器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的第二跟踪误差信号；根据第二跟踪误差信号对第二控制信号进行调整。
在一个实施例中，上述调整模块，还用于基于主轴的运行参数根据预设的第二同步控制器确定第二初始控制信号的第二同步误差信号；根据第二同步误差信号对经过第二跟踪误差信号调整后的第二控制信号进行调整。
关于控制装置的具体限定可以参见上文中对于控制方法的限定，在此不再赘述。上述控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储主轴和副轴的运行参数数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种控制方法。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；
根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成第一干扰器。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据预设的状态变量和副轴的动力学空间方程确定副轴的状态空间方程；基于副轴的状态空间方程确定初始干扰器。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定副轴的动力学空间方程，其中，θb为副轴的转角；为副轴的转速；Ja表示副轴的转动惯量；bb为副轴的粘性摩擦系数；ub表示副轴的输入转矩；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
基于副轴的运行参数根据预设的第一跟踪控制器确定第一初始控制信号的第一跟踪误差信号；根据第一跟踪误差信号对目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于副轴的运行参数根据预设的第一同步控制器确定第一初始控制信号的第一同步误差信号；根据第一同步误差信号对经过第一跟踪误差信号调整后的目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于目标双轴离心机中主轴的运行参数根据预设的第二干扰器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号；根据非周期性干扰信号确定第二补偿信号；将第二补偿信号与第二初始控制信号进行叠加生成第二控制信号，通过第二控制信号控制主轴的运行。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于主轴的运行参数根据预设的第二跟踪控制器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的第二跟踪误差信号；根据第二跟踪误差信号对第二控制信号进行调整。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：基于主轴的运行参数根据预设的第二同步控制器确定第二初始控制信号的第二同步误差信号；根据第二同步误差信号对经过第二跟踪误差信号调整后的第二控制信号进行调整。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
基于副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，第一初始控制信号为控制副轴运行的最初控制信号；
根据周期性干扰信号和非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
将目标补偿信号与第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过目标控制信号控制目标双轴离心机中副轴的运行。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成第一干扰器。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据预设的状态变量和副轴的动力学空间方程确定副轴的状态空间方程；基于副轴的状态空间方程确定初始干扰器。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定副轴的动力学空间方程，其中，θb为副轴的转角；为副轴的转速；Jb表示副轴的转动惯量；bb为副轴的粘性摩擦系数；ub表示副轴的输入转矩；Tb表示副轴的外部干扰；Tp表示副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于副轴的运行参数根据预设的第一跟踪控制器确定第一初始控制信号的第一跟踪误差信号；根据第一跟踪误差信号对目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于副轴的运行参数根据预设的第一同步控制器确定第一初始控制信号的第一同步误差信号；根据第一同步误差信号对经过第一跟踪误差信号调整后的目标控制信号进行调整。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于目标双轴离心机中主轴的运行参数根据预设的第二干扰器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号；根据非周期性干扰信号确定第二补偿信号；将第二补偿信号与第二初始控制信号进行叠加生成第二控制信号，通过第二控制信号控制主轴的运行。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于主轴的运行参数根据预设的第二跟踪控制器确定控制主轴运行的第二初始控制信号的第二跟踪误差信号；根据第二跟踪误差信号对第二控制信号进行调整。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于主轴的运行参数根据预设的第二同步控制器确定第二初始控制信号的第二同步误差信号；根据第二同步误差信号对经过第二跟踪误差信号调整后的第二控制信号进行调整。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种双轴离心机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
基于所述副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，所述第一初始控制信号为控制所述副轴运行的原始信号；
根据所述周期性干扰信号和所述非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
将所述目标补偿信号与所述第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过所述目标控制信号控制所述目标双轴离心机中副轴的运行，
所述方法还包括：
基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成所述第一干扰器；
根据预设的状态变量和所述副轴的动力学空间方程确定所述副轴的状态空间方程；
基于所述副轴的状态空间方程确定所述初始干扰器；
根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定所述副轴的动力学空间方程，其中，θb为所述副轴的转角；为所述副轴的转速；Jb表示所述副轴的转动惯量；bb为所述副轴的粘性摩擦系数；ub表示所述副轴的输入转矩；Tb表示所述副轴的外部干扰；Tp表示所述副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述副轴的运行参数根据预设的第一跟踪控制器确定所述第一初始控制信号的第一跟踪误差信号；
根据所述第一跟踪误差信号对所述目标控制信号进行调整。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述副轴的运行参数根据预设的第一同步控制器确定所述第一初始控制信号的第一同步误差信号；
根据所述第一同步误差信号对经过所述第一跟踪误差信号调整后的所述目标控制信号进行调整。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述目标双轴离心机中主轴的运行参数根据预设的第二干扰器确定控制所述主轴运行的第二初始控制信号的非周期性干扰信号；
根据所述非周期性干扰信号确定第二补偿信号；
将所述第二补偿信号与所述第二初始控制信号进行叠加生成第二控制信号，通过所述第二控制信号控制所述主轴的运行。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述主轴的运行参数根据预设的第二跟踪控制器确定控制所述主轴运行的第二初始控制信号的第二跟踪误差信号；
根据所述第二跟踪误差信号对所述第二控制信号进行调整。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述主轴的运行参数根据预设的第二同步控制器确定所述第二初始控制信号的第二同步误差信号；
根据所述第二同步误差信号对经过所述第二跟踪误差信号调整后的所述第二控制信号进行调整。
7.一种双轴离心机控制装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标双轴离心机中副轴的运行参数；
第一确定模块，用于基于所述副轴的运行参数根据预设的第一干扰器确定第一初始控制信号的周期性干扰信号和非周期性干扰信号，所述第一初始控制信号为控制所述副轴运行的原始信号；
第二确定模块，用于根据所述周期性干扰信号和所述非周期性干扰信号确定目标补偿信号；
生成模块，用于将所述目标补偿信号与所述第一初始控制信号进行叠加生成目标控制信号，通过所述目标控制信号控制所述目标双轴离心机中副轴的运行，
其中，所述生成模块还用于基于初始干扰器和周期性干扰信号的估计值通过内模控制算法生成所述第一干扰器；
所述第一确定模块还用于根据预设的状态变量和所述副轴的动力学空间方程确定所述副轴的状态空间方程；基于所述副轴的状态空间方程确定所述初始干扰器；根据θb、Jb、bb、ub、Tb以及Tp确定所述副轴的动力学空间方程，其中，θb为所述副轴的转角；为所述副轴的转速；Jb表示所述副轴的转动惯量；bb为所述副轴的粘性摩擦系数；ub表示所述副轴的输入转矩；Tb表示所述副轴的外部干扰；Tp表示所述副轴的周期性干扰，|Tp|≤δp，δp为第一正常数。
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