一種隨動系統(tǒng)的繼電自整定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及隨動控制系統(tǒng)，尤其涉及隨動系統(tǒng)的控制參數(shù)整定方法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的發(fā)展，武器系統(tǒng)對目標的跟蹤要求越來越高，因此對武器系統(tǒng) 中的隨動系統(tǒng)也提出了更高的要求，主要有跟蹤的快速性和跟蹤精度，這需要對隨動系統(tǒng) 的控制器參數(shù)的調整合適，才能取得滿意的控制效果。傳統(tǒng)的隨動系統(tǒng)控制參數(shù)的調節(jié)大 數(shù)是由調試人員的調試經(jīng)驗決定的，調試效果的一致性較差；另外一種是根據(jù)隨動系統(tǒng)的 模型和調節(jié)器的設計原則，進行控制器的參數(shù)粗略估算，并進行細微的調節(jié)，這對調試人員 的控制功底要求較高，而調試好的參數(shù)隨著系統(tǒng)的負載發(fā)生變化，需要重新的調整，才能達 到滿意的控制效果。
【發(fā)明內容】
[0003]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種繼電自整定方法，無需調試人員對隨 動系統(tǒng)的調試經(jīng)驗以及對控制功底的要求，可自動完成隨動系統(tǒng)控制器參數(shù)的求取，方便 隨動系統(tǒng)的調試，有效提高其生產(chǎn)效率。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：
[0005]第一步，取延遲時間Θ3為Θ。，〇ms <Θ200ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩 頻率為ω。；
[0006] 第二步，取延遲時間03為Θ^ 〇ms彡ΘΑ200ms，且θ#Θ。，測試隨動系統(tǒng)位 置輸出的振蕩頻率為ω?;
[0007]第三步，令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，則
其中，ω。為隨動系統(tǒng)開環(huán)穿越頻率，取值范圍為8rad/ s彡ω。彡12rad/s，并取延遲時間為θn，測試這時隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率ωη和振 蕩幅值Αη;
[0008] 第四步，判斷|ωη-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范圍為ε彡〇. 2rad/s，若不 成立，則將Θη1的值賦給θn2，再將0。的值賦給θnl，再將ωη1的值賦給ωn2，再將ωη
的值賦給ωηi，計算新θη值為 并取Θa=θη，再測試此時 .，： 隨動系統(tǒng)位置輸出的新振蕩頻率ωη和振蕩幅值Αη，重復第四步的判斷過程；若成立，則進 入下一步；
[0009] 第五步，計算ΡΙ控制器比例增益和積分時間常數(shù)的整定
其中貨》為隨動系統(tǒng)的期望的相位裕度，取值范圍為 π?6 <φ?η <4/τ/9 ο
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：通過本發(fā)明的隨動系統(tǒng)繼電自整定方法可自動實現(xiàn)隨動系 統(tǒng)的ΡΙ控制器的比例增益和積分時間常數(shù)的整定，在隨動系統(tǒng)負載未知的情況下，采用本 方法可實現(xiàn)預期指標的ΡΙ控制器參數(shù)的自動計算，省時省力，提高隨動系統(tǒng)的調試效率。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0012] 本發(fā)明公開了一種隨動系統(tǒng)繼電自整定方法，來實現(xiàn)隨動系統(tǒng)的位置比例-積分 (ΡΙ)控制器的比例增益和積分時間常數(shù)的自整定，其中，ΡΙ控制器的傳遞函數(shù)表達式為
其中kp為比例增益，τ積分時間常數(shù)，當進行ΡΙ控制器參數(shù)kρ和τ1整 定時，將"繼電加延遲"環(huán)節(jié)取代隨動系統(tǒng)的位置ΡΙ控制器，同時使隨動系統(tǒng)輸入置0,而 "繼電加延遲"環(huán)節(jié)的函數(shù)表達式為：
[0014] 其中，e(t)為t時刻"繼電加延遲"環(huán)節(jié)的輸出，e(t)為t時刻的隨動系統(tǒng)的位 置誤差，為延遲時間，而e(t-0J為1：_93時刻的隨動系統(tǒng)的位置誤差，d為"繼電加延 遲"環(huán)節(jié)的輸出幅值，d的取值范圍為0. 05d彡0. 2ω_，ω_為隨動系統(tǒng)執(zhí)行電機 輸出的最高轉速。當加入"繼電加延遲"環(huán)節(jié)后，隨動系統(tǒng)的位置輸出產(chǎn)生等幅振蕩。
[0015] 實現(xiàn)隨動系統(tǒng)繼電自整定方法的具體步驟為：
[0016] 第一步：取θ3的值Θa=ΘQ(〇ms彡Θ。彡200ms)，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振 蕩頻率為ω。；
[0017] 第二步：取Θa的值Θa=θ1(0ms彡ΘA200ms，且θ1乒ΘQ)，測試隨動系統(tǒng) 位置輸出的振蕩頻率為ωι;
[0018] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，計算下面的迭代表達 式
[0020] 其中，ω。為隨動系統(tǒng)開環(huán)穿越頻率，取值范圍為8rad/s<ω12rad/s，并取 θ3=θn，測試這時隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率0^和振蕩幅值An;
[0021] 第四步：判斷|ωη-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范圍為ε彡〇. 2rad/s，若不 成立，則將Θη1的值賦給θn2，再將0。的值賦給θnl，再將ωη1的值賦給ωn2，再將ωη 的值賦給ωηi，按下式計算新θη值：
[0023] 并取Θa=θn，再測試此時隨動系統(tǒng)位置輸出的新振蕩頻率ωη和振蕩幅值An，重 復第四步的判斷過程，若成立，則進入下一步；
[0024] 第五步，計算PI控制器參數(shù) <和Ti的整定值：
[0026] 其中為為隨動系統(tǒng)的期望的相位裕度，取值范圍為<41/氣
[0027] 實施例1:
[0028] 當進行隨動系統(tǒng)位置PI控制器參數(shù) <和1\自整定時，將"繼電加延遲"環(huán)節(jié)取代 隨動系統(tǒng)的位置PI控制器，同時使隨動系統(tǒng)輸入置〇,取d=0.05ω_，則"繼電加延遲"環(huán) 節(jié)的函數(shù)表達式為：
[0030]取Θ。=l〇ms，Θ20ms，ωc= 8rad/s，ε= 〇· 〇5rad/s，氣=奮?'石，則實現(xiàn)隨 動系統(tǒng)繼電自整定方法的具體步驟為：
[0031] 第一步：取Θa的值Θa=Θ。= 10ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率為ω。；
[0032] 第二步：取0a的值Θa=Θ 20ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率為ω1;
[0033] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，計算下面的迭代表達 式
[0035] 并取Θa=θn，測試這時隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率ωη和振蕩幅值An;
[0036] 第四步：判斷|ωη-ω」< 〇. 〇5rad/s是否成立，若不成立，則將Θni的值賦給 θn2，再將Θ泗值賦給Θni，再將ωηi的值賦給ωn2，再將、的值賦給ωni，按下式計算 新θn值：
[0038] 并取Θa=θn，再測試此時隨動系統(tǒng)位置輸出的新振蕩頻率ωη和振蕩幅值An，重 復第四步的判斷過程，若成立，則進入下一步；
[0039] 第五步，計算PI控制器參數(shù) <和Ti的整定值：
[0041] 實施例2:
[0042] 當進行隨動系統(tǒng)位置PI控制器參數(shù) <和1\自整定時，將"繼電加延遲"環(huán)節(jié)取代 隨動系統(tǒng)的位置PI控制器，同時使隨動系統(tǒng)輸入置〇,取d=0.2ω_，則"繼電加延遲"環(huán) 節(jié)的函數(shù)表達式為：
[0044]取Θ。= 20ms，Θ f 50ms，ω c= 12rad/s，ε =〇· 2rad/s，奶》= 4疋/9,則實現(xiàn)隨 動系統(tǒng)繼電自整定方法的具體步驟為：
[0045] 第一步：取0a的值Θa=ΘQ= 20ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率為ω。；
[0046] 第二步：取0a的值Θa=Θ 50ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率為ω1;
[0047] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，計算下面的迭代表達 式
[0049] 并取Θa=θn，測試這時隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率ωη和振蕩幅值An;
[0050] 第四步：判斷|ωη-ω」< 〇. 2rad/s是否成立，若不成立，則將Θni的值賦給 θn2，再將Θ泗值賦給Θni，再將ωηi的值賦給ωn2，再將、的值賦給ωni，按下式計算 新θn值：
[0052] 并取Θa=θn，再測試此時隨動系統(tǒng)位置輸出的新振蕩頻率ωη和振蕩幅值An，重 復第四步的判斷過程，若成立，則進入下一步；
[0053]第五步，計算PI控制器參數(shù) <和Ti的整定值：
【主權項】
1. 一種隨動系統(tǒng)的繼電自整定方法，其特征在于包括下述步驟： 第一步，取延遲時間9。為Θ。，0ms《200ms，測試隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率 為ω〇; 第二步，取延遲時間目。為Θi，〇ms《 0i《2OOms，且Θ1聲Θ。，測試隨動系統(tǒng)位置輸 出的振蕩頻率為《1; 第Ξ步，令Θη2=Θ。，Θη1=目 1，ω。2=ω。，ω。1=ω1，則其中，ω。為隨動系統(tǒng)開環(huán)穿越頻率，取值范圍為8rad/ s《12rad/s，并取延遲時間為Θ。，測試運時隨動系統(tǒng)位置輸出的振蕩頻率ω。和振 蕩幅值Α。； 第四步，判斷|ω"-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范圍為ε《〇.2rad/s，若不成 立，則將0。1的值賦給Θ。2,再將Θ。的值賦給Θ。1，再將〇。1的值賦給ω。2,再將ω。的 值賦給ω。1，計算新Θ。值為并取Θ。=Θ。，再測試此時隨 動系統(tǒng)位置輸出的新振蕩頻率ω。和振蕩幅值A。，重復第四步的判斷過程；若成立，則進入 下一步； 第五步，計算PI控制器比例增益和積分時間常數(shù)的整定值和其中觀為隨動系統(tǒng)的期望的相位裕度，取值范圍為 乃76含巧<4兄/9 ..... 〇
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種隨動系統(tǒng)的繼電自整定方法，通過迭代計算延遲時間，計算PI控制器比例增益和積分時間常數(shù)的整定值。本發(fā)明可自動實現(xiàn)隨動系統(tǒng)的PI控制器的比例增益和積分時間常數(shù)的整定，在隨動系統(tǒng)負載未知的情況下，采用本方法可實現(xiàn)預期指標的PI控制器參數(shù)的自動計算，省時省力，提高隨動系統(tǒng)的調試效率。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號】CN105242543
【申請?zhí)枴緾N201510727067
【發(fā)明人】李長紅, 邊黨偉, 趙濤, 韓耀鵬, 楊波
【申請人】中國兵器工業(yè)集團第二O二研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月30日