一种耦合控制结构下多电机伺服驱动系统的容错比例协调控制方法与流程

本发明属于伺服电机驱动与控制技术领域，并具体涉及一种具有耦合控制结构的多电机伺服驱动系统的容错协调控制方法。

背景技术：

近年来，随着电机伺服控制技术的快速发展，多电机伺服驱动系统已被广泛地应用于纺织、造纸、拉拔、印染、轧钢等制造与生产过程的自动化控制系统。在有多电机伺服驱动系统的工业生产中，系统的协调性能的优劣直接影响产品的质量。当某台电机发生故障，导致多电机系统之间的协调比例关系发生改变，会造成整个生产系统的控制性能恶化，严重时会给企业带来不可估量的损失。因此，多电机伺服驱动系统需要具备较高的可靠性，能实现一定故障下的容错协调控制，维持整个系统原有的比例协调性能和连续生产，为故障修复和维护赢得时间，降低企业的损失。

目前多电机伺服驱动系统的容错控制技术普遍针对逆变器故障开展研究，采用特殊结构的逆变器使其开关管发生故障时具有容错运行能力，没有考虑对电机本身故障的容错问题。同时，现有的多电机容错控制技术需要专门设计特定的容错控制器，无法利用原有的正常控制器，增加了容错控制设计难度、系统成本和实施的复杂度。例如，模型预测控制被广泛用于电机逆变器的容错控制，利用电机模型预测多个电压矢量的作用效果，再定义电机的能量损耗函数，将使损耗函数值最小的电压矢量作为最优的控制电压矢量，施加给电机。该方法的缺点是要在线预测优化多个候选的电压矢量，需要控制器配置性能很高的CPU，而且大的计算量会造成逆变器开关频率过低，降低电机控制精度。神经网络逆系统解耦控制法也被应用于电机故障的容错控制，它利用神经网络逼近电机故障模型以设计特定的容错控制器，这类容错控制方法较为复杂，不易工程实现。

总结来说，现有的多电机系统容错协调控制技术的不足之处主要有：

1、主要针对电机逆变器元件故障开展研究，很少同时考虑电机本身的故障。

2、容错控制算法复杂，计算量大，难以实现在线快速实时容错。

3、需要针对故障系统设计特定的容错控制器，控制策略复杂，不易于工程实施。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有耦合控制结构的多电机伺服驱动系统的容错协调控制方法，采用电机伺服控制系统的故障检测器实时检测电机及其电力驱动模块的故障，基于多电机系统的耦合控制结构，设计融合故障检测信息的电机协调补偿器切换逻辑模块，改进协调补偿器工作模式。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多电机伺服驱动系统容错比例协调控制方法，多电机伺服驱动系统具有耦合控制结构，多电机伺服驱动系统包括互联的多个电机伺服驱动系统，每个电机伺服驱动系统包括电机控制器、电机及其电力驱动模块系统、故障检测器和协调补偿器，电机控制器的信号分别输出给对应的电机和对应的故障检测器，所述故障检测器输出对应电机系统的故障标志信号Ind(k)，每个电机的电机角速度信号w(t)输出给对应的协调补偿器，协调补偿器通过输出通路输出信号εi(k)，信号εi(k)反馈给相应的电机控制器，故障标志信号Ind(k)输入到逻辑决策模块中，通过逻辑决策模块控制协调补偿器输出通路通断，逻辑决策模块输出的报警信号传递给报警电路；

当故障检测器检测到第i台电机系统发生故障，相应的故障标志信号Indi(k)置位，通过所述逻辑决策模块驱动该电机系统对应的协调补偿器输出通路断开，多电机伺服驱动系统从耦合控制结构转换为主从控制结构，在主从控制结构下，主电机为故障电机，从电机为正常电机，从而保证整个多电机系统原有的协调比例关系不变；当故障电机系统恢复正常时，相应的故障检测器的故障标志信号Indi(k)复位，通过逻辑决策模块使相应的协调补偿器输出通路连通，系统恢复为原来的耦合控制结构，各电机输出信号之间的比例关系仍然不变。

进一步地，所述逻辑决策模块采用软件方式实现，在上位监控机或者每台电机控制器的控制软件中嵌入逻辑决策模块，其算法实现流程为：输入所有电机故障检测器的故障标志信号Indi(k)，计算Indi(k)＝1的个数n及其对应的序号i；若个数n大于1，则触发报警，提示多个电机发生故障，返回主程序等待系统进一步操作指令；若个数n等于1，表示对应Indi(k)＝1的第i台电机系统发生故障，强制其协调补偿器Ci的输出信号为零；若个数n为零，则表明系统运行正常。

进一步地，所述逻辑决策模块采用硬件方式实现，在每台电机的协调补偿器输出信号εi(k)的传输通道上设置一个常闭型节点开关si(k)；各电机的故障检测器输出的故障标志信号Indi(k)作为该模块的输入信号，对该故障标志信号Indi(k)进行逻辑处理后，输出故障检测的决策信号OUT(k)，该决策信号OUT(k)触发报警电路的同时，也作为组合开关S的使能端ES的输入，以产生切换电机的协调补偿器Ci输出端通断动作的控制信号Ti(k)，控制信号Ti(k)用于控制对应的常闭型节点开关si(k)。

进一步地，所述逻辑决策模块采用硬件方式实现时，当故障检测的决策信号OUT(k)＝0时，组合开关S全部闭合，如果输出的控制信号Ti(k)＝1时，表示对应的第i台电机发生故障，控制信号Ti(k)＝1立刻驱动相应的节点开关si(k)断开，实现容错控制功能，保证故障后既定的比例协调关系不变；如果全部的控制信号Ti(k)＝0时，表示多电机系统无故障，相应的协调补偿器节点开关si(k)维持闭合，系统按照期望的比例协调关系正常运行；

当故障检测的决策信号OUT(k)＝1时，意味着有两个或两个以上的电机控制系统发生故障，这时组合开关S全部断开，逻辑决策模块触发报警电路，全部控制信号Ti(k)＝0，各电机的协调补偿器输出通道维持原状态不变，依靠耦合控制结构具有的同步协调能力，极力维持既定的比例协调关系，等待系统采取进一步的动作指令。

进一步地，计算所述故障标志信号Ind(k)的步骤包括：S1)、建立伺服电机故障系统的数学模型；S2)、设计单电机系统的函数观测器，实时估计电机系统的状态信号；S3)、计算故障标志信号Ind(k)，实时检测单电机控制系统的故障。

进一步地，所述电机为直流伺服电机，步骤S1)建立伺服电机故障系统的数学模型的具体方法为：

建立直流伺服电机故障系统的数学模型(1)：

式中：I(t)为电枢电流，w(t)为电机角速度，R为电枢电阻，L为电枢电感，kb为反电势系数，km是转矩系数，kf是电机阻尼系数，Td(t)为已知的电机负载转矩信号，ua(t)是施加于电机电枢两端的控制电压，y(t)为电机输出角速度信号，为便于实施计算机控制，采用适当的离散化方法，可得到相应的离散化数学模型(2)：

式中：k为离散化系统的采样时间，A、B、D为对应维数的离散化系统参数矩阵，且矩阵对(A,B)可控、(A,C)可观测；

根据离散化数学模型(2)可得到相应的故障系统数学模型(3)：

式中：x(k)＝[I(k)；w(k)]，uc(k)为控制器输出的期望控制电压，f(k)为包含电机本身故障与电力驱动模块故障信息的故障指示信号；理论上，当无故障时，f(k)＝0；当有故障时，f(k)≠0；上述直流伺服电机系统的故障系统数学模型(3)等价于下述直流伺服电机故障模型(4)：

进一步地，步骤S2)设计单电机系统的函数观测器，实时估计电机系统的状态信号的具体方法为：

建立直流伺服电机故障模型(4)的函数观测器(5)：

式中：z(k)为当前时刻k的函数观测器的状态变量，k-1为上一个采样时刻，N、K、L、G为待设计的观测器参数，为电机状态的估计值；

利用线性凸优化算法离线求解以下公式(6)，可得参数矩阵P、Y、S：

其中P为对称正定矩阵，Y、S为由公式(6)计算出的适当维数的参数矩阵，上标T表示矩阵的转置。由得到的参数矩阵P、Y、S可进一步计算得：G＝P^-1Y，N＝(I+GC)A-(P^-1S)HC，K＝(I+GC)[B,D]，L＝P^-1S-NG。

进一步地，步骤S3)计算故障标志信号Ind(k)，实时检测单电机控制系统的故障的具体方法为：

由步骤S2)中函数观测器(5)的估计状态和已知信息，可知实时故障指示信号：

其中，取f(k)＝f(k-1)；

为了防止故障误报，设定指示信号的阈值Jth>0，并且定义故障检测结果输出的故障标志信号Ind(k)：

当Ind(k)＝0时，表明电机没有故障或者故障消除，处于正常运行状态；当Ind(k)＝1，表明该电机发生了故障。

本发明与现有技术相比，其显著优点有：

(1)可采用基于函数观测器等各种成熟有效的故障检测技术，设计单电机系统的快速故障检测器，实时检测电机及其电力驱动模块的故障，检测算法简单，易于工程实现。

(2)在耦合控制结构下，通过设计逻辑决策模块，改进了电机协调补偿器工作模式。协调补偿器可根据各电机的实时故障检测信号，及时切换其输出通路的通断，以获得满意的协调容错性能。实现容错功能的软、硬件方式不需专门设计控制器，也不改变正常系统的控制算法，操作简单、成本低，可靠性高。

(3)当某个电机控制系统发生故障，经在线逻辑操作，使多电机伺服驱动系统快速从耦合控制结构转换为主从控制结构，既保证了各电机输出之间的比例协调性不变，维持生产的连续性，达到故障容错目标，又不会对故障电机造成二次伤害，加剧其故障恶化，从而避免了系统恶性事故的发生。当故障电机恢复正常时，系统可恢复为原来的耦合控制结构，多电机系统的协调性能保持不变。

(4)适用范围广。本发明的容错方法可适用于多种耦合控制结构的多电机伺服驱动系统对单个电机系统故障的容错控制。耦合控制结构可以是交叉耦合、相邻交叉耦合、偏差耦合、环形耦合等结构形式。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是三个直流伺服电机构成的容错比例协调控制系统结构示意图。

图2是协调补偿器的逻辑决策模块的软件流程图。

图3是故障检测逻辑决策模块的硬件功能方块示意图。

图4是改进的协调补偿器硬件功能方块示意图。

图5是三电机伺服驱动系统的故障逻辑决策模块的硬件逻辑方块示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图说明如下。

在多台伺服电机以耦合控制结构构成的多电机比例协调控制系统中，各电机具有独立的伺服控制系统，多台电机的耦合控制结构可以采用交叉耦合、相邻交叉耦合、偏差耦合、环形耦合等多种结构形式，系统的物理实现可以是分布式/集散式控制系统或者集中式控制系统架构。考虑这类多电机耦合控制系统的某单台电机或者其电力驱动模块发生非致命性故障，尽管能继续运转，但无法维持整个系统各电机输出之间期望的比例协调关系，需要设计一种容错控制策略，保证故障发生前后，各电机输出的比例关系不变。

本发明采用现有的伺服电机控制系统故障检测技术，对每台电机设计一个故障检测器，以快速准确地检测出单台电机的上述故障信息。

本发明设计基于电机故障检测信息的逻辑决策模块，以改进电机协调补偿器的工作模式，使协调补偿器的输出能根据检测到的故障信息及时进行通断切换，实现容错控制功能，保证整个系统各电机输出之间既定的期望比例关系不变。

一种多电机伺服驱动系统容错比例协调控制方法，多电机伺服驱动系统具有耦合控制结构，多电机伺服驱动系统包括互联的多个电机伺服驱动系统，每个电机伺服驱动系统包括电机控制器、电机及其电力驱动模块系统、故障检测器和协调补偿器，电机控制器的信号分别输出给对应的电机和对应的故障检测器，所述故障检测器输出对应电机系统的故障标志信号Ind(k)，每个电机的电机角速度信号w(k)输出给对应的协调补偿器，协调补偿器通过输出通路输出信号εi(k)，信号εi(k)反馈给相应的电机控制器，故障标志信号Ind(k)输入到逻辑决策模块中，通过逻辑决策模块控制协调补偿器输出通路通断，逻辑决策模块输出的报警信号传递给报警电路；

当故障检测器检测到第i台电机系统发生故障，相应的故障标志信号Indi(k)置位，通过所述逻辑决策模块驱动该电机系统对应的协调补偿器输出通路断开，多电机伺服驱动系统从耦合控制结构转换为主从控制结构，在主从控制结构下，主电机为故障电机，从电机为正常电机，从而保证整个多电机系统原有的协调比例关系不变；当故障电机系统恢复正常时，相应的故障检测器的故障标志信号Indi(k)复位，通过逻辑决策模块使相应的协调补偿器输出通路连通，系统恢复为原来的耦合控制结构，各电机输出信号之间的比例关系仍然不变。

一种具有耦合控制结构的多电机伺服驱动控制系统的容错比例协调控制方法，其容错协调控制方法的设计实现包括以下步骤：

步骤1、考虑单台电机本身及其电力驱动模块发生的容错性故障(非致命性故障)，采用适当的故障检测技术，设计电机的故障检测器，以快速准确地检测出电机的上述故障信息。

这里以直流伺服电机速度控制系统为例，给出一种基于函数观测器的故障检测器设计方法。但本发明实施时可结合具体电机类型，采用任何有效的电机故障快速检测技术设计故障检测器，不局限于本例阐述的设计方法。

S1)、建立直流伺服电机故障系统的数学模型。

通常，直流伺服电机的线性化理论模型为：

式中：I(t)为电枢电流，w(t)为电机角速度，R为电枢电阻，L为电枢电感，kb为反电势系数，km是转矩系数，kf是电机阻尼系数，Td(t)为已知的电机负载转矩信号，ua(t)是施加于电机电枢两端的控制电压，y(t)为电机输出角速度信号，为便于实施计算机控制，采用适当的离散化方法，可得到相应的离散化数学模型：

式中：k为离散化系统的采样时间，A、B、D为对应维数的离散化系统参数矩阵，且矩阵对(A,B)可控、(A,C)可观测。

当电机的电力驱动模块发生诸如逆变器电源波动、某个开关功率管失效等非致命性故障，可导致模块输出的实际控制电压(加载到电枢两端电压ua(k))偏离控制器输出的期望控制电压uc(k)。电机本身的故障主要指由于电机内部元器件损坏或老化，使得反映电机动态特性的参数值发生明显变化，导致上述电机控制模型(2)的某些参数值远偏离其正常标称值。经理论推导，根据电机系统模型(2)可得到相应的故障系统数学模型：

式中：x(k)＝[I(k)；w(k)]，uc(k)为控制器输出的期望控制电压，f(k)为包含电机本身故障与电力驱动模块故障信息的故障指示信号。理论上，当无故障时f(k)＝0，当有故障时f(k)≠0。上述直流伺服电机系统的故障模型(3)等价于：

S2)、设计单电机系统的函数观测器，实时估计电机系统的状态信号。

建立直流伺服电机故障模型(4)的函数观测器：

式中：z(k)为当前时刻k的函数观测器的状态变量，k-1为上一个采样时间，N、K、L、G为待设计的观测器参数，为电机状态的估计值。

利用线性凸优化算法离线求解以下公式(6)，可得参数矩阵P、Y、S。

其中P为对称正定矩阵，Y、S为由公式(6)计算出的适当维数的参数矩阵，上标T表示矩阵的转置。由得到的参数矩阵P、Y、S可进一步计算得：G＝P^-1Y，N＝(I+GC)A-(P^-1S)HC，K＝(I+GC)[B,D]，L＝P^-1S-NG。

S3)、计算故障指示信号，实时检测单电机控制系统的故障。

由S2)中函数观测器的估计状态和已知信息，可知实时故障指示信号：

取f(k)＝f(k-1)。为了防止故障误报，设定指示信号的阈值Jth>0，并且定义故障检测结果输出的标志信号Ind(k)：

当Ind(k)＝0时，表明电机没有故障或者故障消除，处于正常运行状态。当Ind(k)＝1，表明该电机发生了故障。

步骤2、设计基于电机故障检测信息的逻辑决策模块。

在多电机系统耦合控制结构下，本发明容错控制核心思想：当故障检测器检测到第i台电机系统发生故障，其故障标志信号Indi(k)置位，经过逻辑决策模块，断开该电机系统协调补偿器的输出通路。多电机系统从耦合控制结构转换为主从控制结构。在主从控制结构下，主电机为故障电机，从电机为正常电机，保证整个多电机系统原有的协调比例关系不变。当故障电机恢复正常时，其故障检测器的故障标志信号Indi(k)复位，经过逻辑决策模块，连通其协调补偿器输出通路。系统恢复为原来的耦合控制结构，各电机输出之间的比例关系仍然不变。

根据本发明容错控制核心思想，用于控制协调补偿器输出通路通断的逻辑决策模块，可根据实际系统配置需求，采用软件或硬件实现方式。

1)软件方式：在上位监控机或者每台电机控制器的控制软件中嵌入一个故障检测逻辑决策模块，其算法实现流程如附图2所示，主要流程如下：

输入所有电机故障检测器的故障标志信号Indi(k)，计算Indi(k)＝1的个数n及其对应的序号i。若个数n大于1，则触发报警，提示多个电机发生故障，返回主程序等待系统进一步操作指令；若个数n等于1，表示对应Indi(k)＝1的第i台电机系统发生故障，强制其协调补偿器Ci的输出信号为零。若个数n为零，则表明系统运行正常。

2)硬件方式：逻辑决策模块以及改进协调补偿器的硬件示意方块图如图3、4所示。在每台电机的协调补偿器输出信号εi(k)的传输通道上设置一个常闭型节点开关si(k)。

(1)采用合适的数字逻辑器件设计制作故障检测逻辑决策模块。模块的输入信号为各电机故障检测器的故障标志信号Indi(k)，经过该模块对输入标志信号Indi(k)进行逻辑处理后，输出故障检测的决策信号OUT(k)。该决策信号OUT(k)触发故障声光等报警电路的同时，也作为组合开关S的使能端ES的输入，以产生切换电机协调补偿器Ci输出端通断动作的控制信号Ti(k)。

(2)设计故障检测逻辑决策模块的逻辑真值表如下表1、2所示。

表1.故障检测逻辑决策的逻辑真值表

表2 产生控制信号Ti(k)的逻辑真值表

当故障检测的决策信号OUT(k)＝0时，组合开关S全部闭合，如果输出的控制信号Ti(k)＝1时，表示对应的第i台电机发生故障，控制信号Ti(k)＝1立刻驱动相应的节点开关si(k)断开，实现容错控制功能，保证故障后既定的比例协调关系不变。如果全部的控制信号Ti(k)＝0时，表示多电机系统无故障，相应的协调补偿器节点开关si(k)维持闭合，系统按照期望的比例协调关系正常运行。

当故障检测的决策信号OUT(k)＝1时，意味着有两个或两个以上的电机控制系统发生故障，这时组合开关S全部断开，逻辑决策模块触发报警电路，全部控制信号Ti(k)＝0，各电机的协调补偿器输出通道维持原状态不变，依靠耦合控制结构具有的同步协调能力，极力维持既定的比例协调关系，等待系统采取进一步的动作指令。

实施例1

下面以三个直流伺服电机驱动系统构成偏差耦合控制结构下的比例协调容错控制方法设计为例。

一种具有耦合控制结构的三电机伺服驱动控制系统的容错比例协调控制系统，如图1所示。图1中，λ1、λ2和λ3为设定的三个电机角速度的比例协调系数，wd为期望速度给定量，εi(k)为协调补偿器的输出信号，s1(k)、s2(k)和s3(k)分别为设置在协调补偿器输出通道上的常闭型节点开关。三个故障检测器对单电机控制系统的电机及其电力驱动模块的故障进行实时检测，得到故障标志信号Indi(k)。改进的协调补偿器根据三个电机故障标志信号Indi(k)决定每个输出通道的通断状态。协调补偿器输出通道通断状态的切换可以采用软件方式(见图2)，也可以采用硬件方式(见图5)。切换原理即容错思想为：当故障检测器检测到第i台电机系统发生故障，其故障标志信号Indi(k)置位，经过逻辑决策模块，驱动该电机系统协调补偿器的输出通路断开。多电机系统从耦合控制结构转换为主从控制结构。在主从控制结构下，主电机为故障电机，从电机为正常电机，从而保证整个多电机系统原有的协调比例关系不变。当故障电机恢复正常时，其故障检测器的故障标志信号Indi(k)复位，经过逻辑决策模块，使其协调补偿器输出通路连通。系统恢复为原来的耦合控制结构，各电机输出信号之间的比例关系仍然不变。

上述技术方案，具体实现包括以下步骤：

步骤1、考虑单台电机本身及其电力驱动模块发生的容错性故障(非致命性故障)，采用适当的故障检测技术，设计电机的故障检测器，以快速准确地检测出电机的上述故障信息。

这里以直流伺服电机速度控制系统为例，给出一种基于函数观测器的故障检测器设计方法。但本发明实施时可结合具体电机类型，采用任何有效的电机故障快速检测技术设计故障检测器，不局限于本例阐述的设计方法。

S1)、建立直流伺服电机故障系统的数学模型。

通常，直流伺服电机的线性化理论模型为：

式中：I(t)为电枢电流，w(t)为电机角速度，R为电枢电阻，L为电枢电感，kb为反电势系数，km是转矩系数，kf是电机阻尼系数，Td(t)为已知的电机负载转矩信号，ua(t)是施加于电机电枢两端的控制电压，y(t)为电机输出角速度信号。为便于实施计算机控制，采用适当的离散化方法，可得到相应的离散化数学模型：

式中：k为离散化系统的采样时间，A、B、D为对应维数的离散化系统参数矩阵，且矩阵对(A,B)可控、(A,C)可观测。

当电机的电力驱动模块发生诸如逆变器电源波动、某个开关功率管失效等非致命性故障，可导致模块输出的实际控制电压(加载到电枢两端电压ua(k))偏离控制器输出的期望控制电压uc(k)。电机本身的故障主要指由于电机内部元器件损坏或老化，使得反映电机动态特性的参数值发生明显变化，导致上述电机控制模型(2)的某些参数值远偏离其正常标称值。经理论推导，根据电机系统模型(2)可得到相应的故障系统数学模型：

式中：x(k)＝[I(k)；w(k)]，uc(k)为控制器输出的期望控制电压，f(k)为包含电机本身故障与电力驱动模块故障信息的故障指示信号。理论上，当无故障时f(k)＝0，当有故障时f(k)≠0。上述直流伺服电机系统的故障模型(3)等价于：

S2)、设计单电机系统的函数观测器，实时估计电机系统的状态信号。

建立直流伺服电机故障模型(4)的函数观测器：

式中：z(k)为当前时刻k的函数观测器的状态变量，k-1为上一个采样时间，N、K、L、G为待设计的观测器参数，为电机状态的估计值。

利用线性凸优化算法离线求解以下公式(6)，可得参数P、Y、S。

其中P为对称正定矩阵，Y、S为由公式(6)计算出的适当维数的参数矩阵，上标T表示矩阵的转置。由得到的参数矩阵P、Y、S可进一步计算得：G＝P^-1Y，N＝(I+GC)A-(P^-1S)HC，K＝(I+GC)[B,D]，L＝P^-1S-NG。

S3)、计算故障指示信号，实时检测单个电机控制系统的故障。

由S2)中函数观测器的估计状态和已知信息，可知实时故障指示信号：

取f(k)＝f(k-1)。为了防止故障误报，设定指示信号的阈值Jth>0，并且定义故障检测结果输出的标志信号Ind(k)：

当Ind(k)＝0时，表明电机没有故障或者故障消除，处于正常运行状态。当Ind(k)＝1，表明该电机发生了故障。

步骤2、设计三电机伺服驱动系统的逻辑决策模块。

在三电机伺服驱动系统耦合控制结构下，本发明容错控制的核心思想：当故障检测器检测到第i台电机系统发生故障，其故障标志信号Indi(k)置位，经过逻辑决策模块，驱动该电机系统协调补偿器的输出通路断开。三电机系统从耦合控制结构转换为主从控制结构。在主从控制结构下，主电机为故障电机，从电机为另外两台正常电机，从而保证三电机系统原有的协调比例关系不变。当故障电机恢复正常时，其故障检测器的故障标志信号Indi(k)复位，经过逻辑决策模块，使其协调补偿器输出通路连通。系统恢复为原来的耦合控制结构，各电机输出信号之间的比例关系仍然不变。

根据本发明容错控制核心思想，用于控制协调补偿器输出通路通断的逻辑决策模块，可根据实际系统配置需求，采用软件或硬件实现方式。

1)软件方式：可以在上位监控机或者每台电机控制器的控制软件中嵌入一个故障检测逻辑决策模块，其算法实现流程如附图2如示：

输入所有三台电机故障检测器的故障标志信号Indi(k)，计算Indi(k)＝1的个数n及对应的序号i。若个数n大于1，则报警提示多个电机系统故障。若个数n等于1，且对应Indi(k)＝1的第i台电机故障，则令其协调补偿器Ci的输出信号为零。若个数n为零，则表明系统运行正常。

2)硬件方式：三电机伺服驱动系统逻辑决策模块以及改进协调补偿器的硬件方块示意图如附图5所示。在每台电机的协调补偿器输出信号εi(k)的传输通道上设置一个常闭型节点开关si(k)。

(1)采用与非门等数字逻辑器件设计制作故障检测逻辑决策模块。模块的输入信号为各电机故障检测器的故障标志信号Indi(k)，经过该模块对标志信号Indi(k)进行逻辑处理后，输出故障检测的决策信号OUT(k)。决策信号OUT(k)触发故障声光等报警电路的同时，也作为与门逻辑组合开关S的使能端ES输入，以产生切换电机协调补偿器Ci输出端通断动作的控制信号Ti(k)。

(2)设计三电机伺服驱动系统的故障检测逻辑决策模块的逻辑真值表如下表1、2所示。

表1.故障检测逻辑决策的逻辑真值表

表2 产生控制信号Ti(k)的逻辑真值表

当故障检测的决策信号OUT(k)＝0时，组合开关S全部闭合，如果输出的控制信号Ti(k)＝1时，表示对应的第i台电机发生故障，控制信号Ti(k)＝1立刻驱动相应的节点开关si(k)断开，实现容错控制功能，保证故障后既定的比例协调关系不变。如果全部的控制信号Ti(k)＝0时，表示多电机系统无故障，相应的协调补偿器节点开关si(k)维持闭合，系统按照期望的比例协调关系正常运行。

当故障检测的决策信号OUT(k)＝1时，即有两个或两个以上单电机控制系统发生故障时，决策OUT(k)触发报警电路，组合开关S全部断开，所有控制信号Ti(k)＝0，各电机的协调补偿器输出通道维持原状态不变，依靠耦合控制结构的同步协调能力，极力维持既定的比例协调关系，等待系统采取进一步的动作指令。

本发明采用电机伺服控制系统的故障检测器实时检测电机及其电力驱动模块的故障。基于多电机系统的耦合控制结构，设计融合故障检测信息的电机协调补偿器切换逻辑模块，改进协调补偿器工作模式。当某台电机控制系统发生故障，切断其协调补偿器输出通道，使多电机系统从耦合控制结构转换为主从控制结构。主从控制结构中主电机为故障电机，从电机为正常电机，保证多电机伺服驱动系统中各电机输出的比例关系不变，实现故障容错功能。当故障电机恢复正常，由切换逻辑模块连通该电机协调补偿器的输出通路，整个系统又恢复为原耦合控制结构，各电机输出的比例关系不变。因此，本发明实现了在各种耦合控制结构下，多电机伺服驱动系统的单个电机控制系统发生故障时的容错协调控制，能保证各电机输出的比例协调关系不变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。