伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法，其中装置包括：第一运算器，用于获取跟随误差信号；反馈控制器，用于根据跟随误差信号生成反馈控制信号；迭代学习控制器，用于基于跟随误差信号进行迭代学习以获得前馈控制信号，并在停止迭代学习时，获得最优前馈控制信号；第二运算器，用于根据反馈控制信号和前馈控制信号生成目标控制信号，并对被控对象进行控制；第三运算器，用于根据给定轨迹和最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。由此，能够获得更加符合实际情况的前馈系数，当该前馈系数应用于实际伺服系统的前馈控制器时，能够使得反馈信号很好地跟踪给定轨迹，且不受给定轨迹变化的影响。

Feedforward Coefficient Acquisition Device and Method of Feedforward Controller in Servo System

【技术实现步骤摘要】
伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法
本专利技术涉及伺服控制
，特别是涉及一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法。
技术介绍
随着航天、高精密医疗器械、智能机械人、汽车以及精密数控机床等行业的快速发展，对伺服技术各项指标的要求也越来越高。迭代学习控制是一种记忆型的控制方法，主要通过对被控系统进行控制尝试，用给定运动轨迹与输出信号的偏差来修正前馈控制信号，使得系统的跟踪性能得以提高。由于迭代学习不依赖于系统精确的数学模型，且能够使得系统具有较高的跟踪性能，因而被广泛应用于伺服系统中。但是，迭代学习控制只适用于重复运动的系统，当给定运动轨迹发生变化时，如位移、速度、加速度等参数发生变化时，迭代学习控制的输出就不再适合，从而影响系统的跟踪性能。
技术实现思路
基于此，本申请提供了一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法，能够获得更加符合实际情况的前馈系数，这样当该前馈系数应用于实际伺服系统的前馈控制器中时，能够使得反馈信号很好地跟踪给定轨迹，且不受给定轨迹变化的影响，从而达到很好的跟踪性能。一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置，包括：第一运算器，用于获取给定轨迹与反馈信号之间的误差，以获得跟随误差信号；反馈控制器，反馈控制器与第一运算器相连，用于根据跟随误差信号生成反馈控制信号；迭代学习控制器，迭代学习控制器与第一运算器相连，用于基于跟随误差信号进行迭代学习，以获得前馈控制信号，并在迭代学习满足预设条件时，停止迭代学习，以获得最优前馈控制信号；第二运算器，第二运算器与反馈控制器和迭代学习控制器分别相连，用于根据反馈控制信号和前馈控制信号生成目标控制信号，并将目标控制信号传输至被控对象，对被控对象进行控制；第三运算器，第三运算器与迭代学习控制器相连，用于根据给定轨迹和最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。在其中一个实施例中，反馈控制器为PID调节器，用于对跟随误差信号进行PID调节，以获得反馈控制信号。在其中一个实施例中，当跟随误差信号小于等于预设信号阈值时，迭代学习满足预设条件，迭代学习控制器停止迭代学习。在其中一个实施例中，迭代学习控制器包括：迭代学习单元，迭代学习单元与第一运算器相连，用于按照预设迭代学习率对跟随误差信号进行迭代处理，以获得第一信号；叠加单元，叠加单元与迭代学习单元相连，用于将上一时刻的前馈控制信号叠加至第一信号，以获得第二信号；滤波单元，滤波单元与叠加单元相连，用于对第二信号进行滤波处理，以获得当前时刻的前馈控制信号。在其中一个实施例中，迭代学习控制器还包括：存储单元，存储单元与滤波单元相连，用于对前馈控制信号和最优前馈控制信号进行存储。在其中一个实施例中，预设迭代学习率通过下述公式进行表达：其中，L为预设迭代学习率，G为被控对象的传递函数，C为反馈控制器的传递函数。在其中一个实施例中，滤波单元的传递函数满足下述公式：其中，Q为滤波单元的传递函数，G为被控对象的传递函数，L为预设迭代学习率，ω为角频率。在其中一个实施例中，前馈系数包括速度前馈系数、加速度前馈系数和加加速度前馈系数中的一种或多种，第三运算器包括：微分单元，用于对给定轨迹进行微分处理，以获得与前馈系数相对应的给定信号；拟合单元，拟合单元与微分单元和迭代学习控制器相连，用于对与前馈系数相对应的给定信号和最优前馈控制信号进行拟合，以获得前馈系数。一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取方法，包括以下步骤：获取给定轨迹与反馈信号之间的误差，以获得跟随误差信号；基于跟随误差信号进行迭代学习，以获得前馈控制信号，并在迭代学习满足预设条件时，停止迭代学习，以获得最优前馈控制信号；根据给定轨迹和最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。在其中一个实施例中，前馈系数包括速度前馈系数、加速度前馈系数和加加速度前馈系数中的一种或多种，根据给定轨迹和最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数，包括：对给定轨迹进行微分处理，以获得与前馈系数相对应的给定信号；对与前馈系数相对应的给定信号和最优前馈控制信号进行拟合，以获得前馈系数。上述伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置、方法，通过第一运算器获取给定轨迹与反馈信号之间的误差，以获得跟随误差信号，并通过迭代学习控制器基于跟随误差信号进行迭代学习，以获得前馈控制信号，并在迭代学习满足预设条件时，停止迭代学习，以获得最优前馈控制信号，以及通过第三运算器根据给定轨迹和最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。由此，能够获得更加符合实际情况的前馈系数，这样当该前馈系数应用于实际伺服系统的前馈控制器中时，能够使得反馈信号很好地跟踪给定轨迹，且不受给定轨迹变化的影响，从而达到很好的跟踪性能。附图说明图1为传统的伺服系统中反馈-前馈控制的结构框图；图2为一个实施例中伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置的结构示意图；图3为另一个实施例中伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置的结构示意图；图4为一个实施例中位置给定轨迹、速度给定信号和加速度给定信号的波形示意图；图5为一个实施例中通过对位置给定轨迹进行迭代学习控制的效果示意图；图6为一个实施例中最优前馈控制信号与将拟合获得的前馈系数应用于实际伺服系统中获得的前馈控制信号的对比示意图；图7为一个实施例中伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。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。图1为传统的伺服系统中反馈-前馈控制的结构框图，如图1所示，该反馈-前馈控制的结构包括：减法器、反馈控制器、前馈控制器和加法器。其中，减法器用于计算输入的给定轨迹r'与被控对象输出的反馈信号y'j之间的误差，以获得跟随误差信号e'j＝r'-y'j，并将该跟随误差信号e'j发送至反馈控制器。反馈控制器在接收到减法器输出的跟随误差信号e'j后，基于该跟随误差信号e'j生成反馈控制信号k'j，并发送至加法器，同时前馈控制器基于输入的给定轨迹r'生成前馈控制信号fj'，并发送至加法器。加法器在接收到反馈控制信号k'j和前馈控制信号fj'后，将两者进行叠加，以获得目标控制信号fm'j，并输出至被控对象，对被控对象进行控制。接着，按照上述过程重复执行，直至控制结束。其中，被控对象的模型可简化为一阶系统或者二阶系统，以二阶系统为例。假设，被控对象的模型简化为二阶系统，如下述公式(1)所示：其中，G为被控对象的传递函数，m为质量，b为阻尼。那么在理想情况下，将上述前馈控制器设计为被控对象的传递函数的逆，如下述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置，其特征在于，包括：第一运算器，用于获取给定轨迹与反馈信号之间的误差，以获得跟随误差信号；反馈控制器，所述反馈控制器与所述第一运算器相连，用于根据所述跟随误差信号生成反馈控制信号；迭代学习控制器，所述迭代学习控制器与所述第一运算器相连，用于基于所述跟随误差信号进行迭代学习，以获得前馈控制信号，并在迭代学习满足预设条件时，停止迭代学习，以获得最优前馈控制信号；第二运算器，所述第二运算器与所述反馈控制器和所述迭代学习控制器分别相连，用于根据所述反馈控制信号和所述前馈控制信号生成目标控制信号，并将所述目标控制信号传输至被控对象，对所述被控对象进行控制；第三运算器，所述第三运算器与所述迭代学习控制器相连，用于根据所述给定轨迹和所述最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。

【技术特征摘要】
1.一种伺服系统中前馈控制器的前馈系数获取装置，其特征在于，包括：第一运算器，用于获取给定轨迹与反馈信号之间的误差，以获得跟随误差信号；反馈控制器，所述反馈控制器与所述第一运算器相连，用于根据所述跟随误差信号生成反馈控制信号；迭代学习控制器，所述迭代学习控制器与所述第一运算器相连，用于基于所述跟随误差信号进行迭代学习，以获得前馈控制信号，并在迭代学习满足预设条件时，停止迭代学习，以获得最优前馈控制信号；第二运算器，所述第二运算器与所述反馈控制器和所述迭代学习控制器分别相连，用于根据所述反馈控制信号和所述前馈控制信号生成目标控制信号，并将所述目标控制信号传输至被控对象，对所述被控对象进行控制；第三运算器，所述第三运算器与所述迭代学习控制器相连，用于根据所述给定轨迹和所述最优前馈控制信号拟合获得前馈控制器的前馈系数。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反馈控制器为PID调节器，用于对所述跟随误差信号进行PID调节，以获得所述反馈控制信号。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述跟随误差信号小于等于预设信号阈值时，迭代学习满足预设条件，所述迭代学习控制器停止迭代学习。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述迭代学习控制器包括：迭代学习单元，所述迭代学习单元与所述第一运算器相连，用于按照预设迭代学习率对所述跟随误差信号进行迭代处理，以获得第一信号；叠加单元，所述叠加单元与所述迭代学习单元相连，用于将上一时刻的前馈控制信号叠加至所述第一信号，以获得第二信号；滤波单元，所述滤波单元与所述叠加单元相连，用于对所述第二信号进行滤波处理，以获得当前时刻的前馈控制信号。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述迭代学习控制器还包括：存储单...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾松涛，
申请(专利权)人：固高科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44