一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法技术方案

一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法。本发明专利技术公开了一种基于广义预测控制的交流伺服系统位置环控制参数的自校正方法，该方法具体包括：首先提取所述交流伺服系统的电流与位置信号，实时辨识位置环被控模型参数；其次，基于上述位置环被控模型，采用简化Diophantine方程式预测最优未来位置输出；最后，优化二次型性能评价指标，求取位置环最优控制率，实时映射IP控制器的参数，实现位置环IP控制器的控制参数自校正。本发明专利技术通过利用IP控制器代替传统的位置环PI控制器，并实时自动校正IP控制器的参数，实现对交流伺服系统的高性能位置控制，具有控制结构简单、抗扰动能力强和位置控制精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法
本专利技术涉及交流伺服控制系统的
，尤其涉及一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法。
技术介绍
以高速、高精为目标的交流伺服系统，在激光加工、机器人、高精度机床等高科技领域中得到了非常广泛的应用。位置环是伺服系统的最外环，也是伺服控制性能的最终体现。伺服系统对位置环控制性能上有两方面的要求：一方面要有稳定平滑的瞬态响应；另一方面稳态位置跟踪误差和定位误差要小，以获得高精度的位置控制性能。交流伺服系统在位置运行过程中受多种不确定因素制约和影响，如负载的改变、环境变化导致的转动惯量、摩擦系数等参数发生变化。工业应用中，交流伺服系统通常采用IP控制器去实现位置闭环控制，在对参考信号的快速响应和对扰动抑制能力上，IP控制器比PI控制更优越，但是IP控制器的性能对参数变化和外部扰动很敏感，而且对系统参数和负载转矩的变化补偿能力非常有限。为了满足和适应交流伺服系统不断增长的“高速高精”发展需要，保证伺服系统的机电参数始终得到良好匹配，需要探求一种高效的伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法和途径。自校正是指控制器根据对象特性变化自动调整控制参数，使伺服控制系统具有稳定鲁棒性来消除不确定因素带来的影响。一般而言，可将控制器参数自校正方法分为以下两类：一类是基于规则的自校正方法，如模糊PID，神经网络等，文献(IndranilPan,SaptarshiDas,AmitavaGupta.TuningofanoptimalfuzzyPIDcontrollerwithstochasticalgorithmsfornetworkedcontrolsystemswithrandomtimedelay[J].ISATransactions,2012,50(1):28-36)提出一种随机模糊PID的自校正方法。这类算法的计算量较大，不能满足伺服系统实时性需求，同时不恰当的控制参数初始值会使得在线校正过程陷入局部最优，无法保证最优的实时控制效果。另一类是基于模型的自校正方法，文献(VictorM.Alfaro,Ramonvilanova.Model-referencerobusttuningof2DofPIcontrollersforfirst-andsecond-orderplusdead-timecontrolledprocesses[J].JournalofProcessControl,2012,22(2):359–374)提出一种模型参考的延迟系统的控制参数自校正方法。基于模型的自校正方法算法简单，稳定性好，但是依赖被控模型结构和参数的辨识精度。鉴于上述两类自校正方法的优缺点，本专利技术拟采用广义预测控制算法来实现位置环IP控制器的参数自动校正。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法,包括以下步骤：1)提取交流伺服系统的电流与位置信号；2)实时辨识位置环被控模型参数；先将位置环被控对象模型离散表达，然后通过递推最小二乘法在线辨识位置环被控对象模型的参数；其中，所述位置环被控对象模型的离散表达式为：其中，a1、a2和b0是需要辨识的模型参数，Δ是差分因子，Δ＝1-z-1，ξ(k)是白噪声；其在线辨识过程可以通过如下方程组来进行：其中，k为采样时刻，为待辨识的模型参数向量，K(k)为方差矩阵，X(k)为观测矩阵，α*为遗忘因子，θf为伺服实际位置，为力矩电流。3)根据位置环被控模型，预测最优未来位置输出；其具体步骤如下：预测输出：使用Diophantine方程式，结合位置环被控模型参数，预测k+j时刻系统的位置输出，其结果可表示为：其中，ξ为均值为零、方差为σ2的白噪声。Gj，Fj，Ej为Diophantine多项式。4)最优求解：在得到伺服系统未来某时间段的位置输出后，需要对其控制性能进行在线评价，根据评价结果来确定系统的最优控制量,可表示为：其中，G为转换矩阵，λ为控制增量加权系数。P,F为中间变换多项式。在线评价指标通过如下公式计算得到：其中，θr为位置指令，N1为最小预测长度，通常取N1＝1；N2为最大预测长度；Nu为控制时域长度，一般Nu≤N2。5)参数匹配：结合广义预测控制推导出来的最优控制量和IP控制器增量，得到IP控制器的参数在线校正结果：所述IP控制器表达为以下增量模式：其中，kl，ks和kp为IP控制器的控制参数，Ts为系统采样时间。本专利技术产生的有益效果是：1、本专利技术基于简化的被控对象模型，预测控制算法中丢番图方程得到明显简化，IP控制器能被预测控制器直接取代，IP控制器的参数可以不断通过系统二次型评价指标来进行在线调节，使系统具有良好的自适应性。2、本专利技术使用的递推最小二乘算法在被控对象模型结构已知的情况下，不需要精确的被控对象数学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法,包括以下步骤：1)提取交流伺服系统的电流与位置信号；2)实时辨识位置环被控模型参数；先将位置环被控对象模型离散表达，然后通过递推最小二乘法在线辨识位置环被控对象模型的参数；其中伺服系统的位置环被控对象模型为：θf(s)=kfiq*(s)-TdistJs(s+b)]]>其中，θf为伺服实际位置，kf为转矩常数，b为摩擦力常数，J为转动惯量，Tdist为伺服系统外部负载，为力矩电流，s为拉普拉斯算子；3)根据位置环被控模型，预测最优未来位置输出；4)最优求解：在得到伺服系统未来某时间段的位置输出后，对其控制性能进行在线评价，根据评价结果来确定系统的最优控制量；5)参数匹配：结合系统的最优控制量和IP控制器增量表达式，得到IP控制器的参数在线校正结果。

【技术特征摘要】
1.一种交流伺服系统位置环IP控制器的参数自校正方法,包括以下步骤：1)提取交流伺服系统的电流与位置信号；2)实时辨识位置环被控模型参数；先将位置环被控对象模型离散表达，然后通过递推最小二乘法在线辨识位置环被控对象模型的参数；其中伺服系统的位置环被控对象模型为：其中，θf为伺服实际位置，kf为转矩常数，b为摩擦力常数，J为转动惯量，Tdist为伺服系统外部负载，为力矩电流，s为拉普拉斯算子；3)根据位置环被控模型，预测最优未来位置输出；4)最优求解：在得到伺服系统未来某时间段的位置输出后，对其控制性能进行在线评价，根据评价结果来确定系统的最优控制量；5)参数匹配：结合系统的最优控制量和IP控制器增量表达式，得到IP控制器的参数在线校正结果。2.根据权利要求1所述的参数自校正方法，其特征在于，步骤2)中所述位置环被控对象模型的离散表达式为：其中，a1、a2和b0是需要辨识的模型参数，Δ是差分因子，Δ＝1-z-1，ξ(k)是白噪声。3.根据权利要求2所述的参数自校正方法，其特征在于，步骤2)中所述在线辨识过程可以通过如下方程组来进行：其中，k为采样时刻，为待辨识的模型参数向量，K(k)为方差矩阵，X(k)为观测矩阵，α*为遗忘因子，θf为伺服实际位置，为力矩电流。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢少武，周凤星，严保康，董烈超，周佳，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42