一種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)ip控制器的參數(shù)自校正方法
【專利摘要】一種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法。本發(fā)明公開了一種基于廣義預(yù)測(cè)控制的交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)控制參數(shù)的自校正方法，該方法具體包括：首先提取所述交流伺服系統(tǒng)的電流與位置信號(hào)，實(shí)時(shí)辨識(shí)位置環(huán)被控模型參數(shù)；其次，基于上述位置環(huán)被控模型，采用簡(jiǎn)化Diophantine方程式預(yù)測(cè)最優(yōu)未來(lái)位置輸出；最后，優(yōu)化二次型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，求取位置環(huán)最優(yōu)控制率，實(shí)時(shí)映射IP控制器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)位置環(huán)IP控制器的控制參數(shù)自校正。本發(fā)明通過利用IP控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的位置環(huán)PI控制器，并實(shí)時(shí)自動(dòng)校正IP控制器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服系統(tǒng)的高性能位置控制，具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗擾動(dòng)能力強(qiáng)和位置控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流伺服控制系統(tǒng)的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)IP 控制器的參數(shù)自校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 以1?速、商精為目標(biāo)的受流伺服系統(tǒng)，在激光加工、機(jī)器人、1?精度機(jī)床等1?科技 領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。位置環(huán)是伺服系統(tǒng)的最外環(huán)，也是伺服控制性能的最終體 現(xiàn)。伺服系統(tǒng)對(duì)位置環(huán)控制性能上有兩方面的要求：一方面要有穩(wěn)定平滑的瞬態(tài)響應(yīng)；另 一方面穩(wěn)態(tài)位置跟蹤誤差和定位誤差要小，以獲得高精度的位置控制性能。
[0003] 交流伺服系統(tǒng)在位置運(yùn)行過程中受多種不確定因素制約和影響，如負(fù)載的改變、 環(huán)境變化導(dǎo)致的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦系數(shù)等參數(shù)發(fā)生變化。工業(yè)應(yīng)用中，交流伺服系統(tǒng)通常采 用IP控制器去實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制，在對(duì)參考信號(hào)的快速響應(yīng)和對(duì)擾動(dòng)抑制能力上，IP控制 器比PI控制更優(yōu)越，但是IP控制器的性能對(duì)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)很敏感，而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù) 和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化補(bǔ)償能力非常有限。為了滿足和適應(yīng)交流伺服系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的"高速高 精"發(fā)展需要，保證伺服系統(tǒng)的機(jī)電參數(shù)始終得到良好匹配，需要探求一種高效的伺服系統(tǒng) 位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法和途徑。
[0004] 自校正是指控制器根據(jù)對(duì)象特性變化自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使伺服控制系統(tǒng)具有穩(wěn) 定魯棒性來(lái)消除不確定因素帶來(lái)的影響。
[0005] -般而言，可將控制器參數(shù)自校正方法分為以下兩類：一類是基于規(guī)則的 自校正方法，如模糊PID，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，文獻(xiàn)（Indranil Pan，Saptarshi Das，Amitava Gupta.Tuning of an optimal fuzzy PID controller with stochastic algorithms for networked control systems with random time delay [J]. ISA Transactions，2012, 50(1) :28-36)提出一種隨機(jī)模糊PID的自校正方法。這類算法的計(jì) 算量較大，不能滿足伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求，同時(shí)不恰當(dāng)?shù)目刂茀?shù)初始值會(huì)使得在線校正 過程陷入局部最優(yōu)，無(wú)法保證最優(yōu)的實(shí)時(shí)控制效果。另一類是基于模型的自校正方法，文 獻(xiàn)(Victor M. Alfaro, Ramon vilanova. Model-reference robust tuning of 2Dof PI controllers for first-and second-order plus dead-time controlled processes[J]. Journal of Process Control, 2012, 22 (2) :359 - 374)提出一種模型參考的延遲系統(tǒng)的控 制參數(shù)自校正方法。基于模型的自校正方法算法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，但是依賴被控模型結(jié)構(gòu)和 參數(shù)的辨識(shí)精度。鑒于上述兩類自校正方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本發(fā)明擬采用廣義預(yù)測(cè)控制算法來(lái) 實(shí)現(xiàn)位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自動(dòng)校正。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種交流伺服系統(tǒng)位 置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法，包括以下步驟：
[0009] 1)提取交流伺服系統(tǒng)的電流與位置信號(hào)；
[0010] 2)實(shí)時(shí)辨識(shí)位置環(huán)被控模型參數(shù)；先將位置環(huán)被控對(duì)象模型離散表達(dá)，然后通過 遞推最小二乘法在線辨識(shí)位置環(huán)被控對(duì)象模型的參數(shù)；
[0011] 其中，所述位置環(huán)被控對(duì)象模型的離散表達(dá)式為：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種交流伺服系統(tǒng)位置環(huán)IP控制器的參數(shù)自校正方法，包括以下步驟： 1) 提取交流伺服系統(tǒng)的電流與位置信號(hào)； 2) 實(shí)時(shí)辨識(shí)位置環(huán)被控模型參數(shù)；先將位置環(huán)被控對(duì)象模型離散表達(dá)，然后通過遞推 最小二乘法在線辨識(shí)位置環(huán)被控對(duì)象模型的參數(shù)； 其中伺服系統(tǒng)的位置環(huán)被控對(duì)象模型為：
，σf /、」'丨仙1?3^/」、11/_且，％為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，13為摩擦力常數(shù)，1為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，1'-為伺服 系統(tǒng)外部負(fù)載，《為力矩電流，S為拉普拉斯算子； 3) 根據(jù)位置環(huán)被控模型，預(yù)測(cè)最優(yōu)未來(lái)位置輸出； 4) 最優(yōu)求解：在得到伺服系統(tǒng)未來(lái)某時(shí)間段的位置輸出后，對(duì)其控制性能進(jìn)行在線評(píng) 價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)確定系統(tǒng)的最優(yōu)控制量； 5) 參數(shù)匹配：結(jié)合系統(tǒng)的最優(yōu)控制量和IP控制器增量表達(dá)式，得到IP控制器的參數(shù) 在線校正結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)自校正方法，其特征在于，步驟2)中所述位置環(huán)被控對(duì) 象模型的離散表達(dá)式為： (l+α^-1+a2z')0, (k) =bQi*(k-I) +c(k)/A 其中，&1、％和13(|是需要辨識(shí)的模型參數(shù)，Λ是差分因子，Λ= 1-ζΛξ(k)是白噪聲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的參數(shù)自校正方法，其特征在于，步驟2)中所述在線辨識(shí)過程 可以通過如下方程組來(lái)進(jìn)行：
其中，k為采樣時(shí)刻，為待辨識(shí)的模型參數(shù)向量，K(k)為方差 矩陣，辦）?⑷，⑷]"，x(k)為觀測(cè)矩陣，α*為遺忘因子，0f為伺服實(shí)際 位置，< 為力矩電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)自校正方法，其特征在于，步驟3)中預(yù)測(cè)最優(yōu)未來(lái)位置 輸出具體步驟如下： 預(yù)測(cè)輸出：使用Diophantine方程式，結(jié)合位置環(huán)被控模型參數(shù)，預(yù)測(cè)k+j時(shí)刻系統(tǒng)的 位置輸出，其結(jié)果可表示為：
其中，ξ為均值為零、方差為σ2的白噪聲；GpFj,Ej為Diophantine多項(xiàng)式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)自校正方法，其特征在于，步驟4)中最優(yōu)控制量可表示 為：
其中，G為轉(zhuǎn)換矩陣，λ為控制增量加權(quán)系數(shù)；P，F(xiàn)為中間變換多項(xiàng)式； 其在線評(píng)價(jià)指標(biāo)通過如下公式計(jì)算得到： / =Σ[Θ,(k+J)-Θ,(k+J)]2 +Δ/；(k+j-1)2 j， M 其中，Θ^為位置指令，N1為最小預(yù)測(cè)長(zhǎng)度，通常取N1 =I;N2為最大預(yù)測(cè)長(zhǎng)度；Nu為控 制時(shí)域長(zhǎng)度，一般NuSN2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)自校正方法，其特征在于，步驟5)中所述IP控制器增量 表達(dá)為以下增量模式： k A kΔ2 a i' · 5 其中，kpks和kp為IP控制器的控制參數(shù)，Ts為系統(tǒng)采樣時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104270055SQ201410491490
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】盧少武, 周鳳星, 嚴(yán)?？? 董烈超, 周佳 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)