一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，包括以下步骤：根据其输入输出特征，假定伺服系统阶数，取自回归滑动平均模型描述伺服系统脉冲传递函数；对伺服系统输入激励信号；采集转速控制器输出的转速反馈信号；辨识伺服系统脉冲传递函数中的系数；采用奇异值分解的形式作伺服系统初步降阶，然后通过基于主导极点算法进行进一步降价，再基于内模原理作系统扩维；确定状态观测器极点并确认状态观测器有效性；设计并调节LQR控制器参数；校验LQR控制器的控制效果。本发明专利技术基于内模原理的线性二次型控制，便于进行仿真和实现，成本低，并使原伺服系统达到比传统PID控制器更好的性能指标。

【技术实现步骤摘要】
一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法
本专利技术属于伺服驱动控制
，具体涉及一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法。
技术介绍
PID控制器是目前工业伺服控制系统中应用最广泛的控制器。高速数控、半导体封装设备和机器人的快速发展，对伺服系统的要求越来越高，渐渐使PID控制器不能很好处理多变量问题的缺陷暴露出来。另外，当对伺服系统运行品质有较高要求的情况下，为了提高伺服系统的性能，只能通过增加PID控制器的比例系数或者相应地减小积分时间常数。这样会使幅频特性曲线上移，此时伺服系统中一些高频的不确定性特性幅值增加，继而导致伺服系统稳定裕度降低，出现振荡，甚至不稳定。从抑制高频谐振的角度来看，PID控制器有很大的局限性。相比较而言，线性二次型调节器(LQR)调节对象是现代控制理论中以状态空间形式给出的线性系统，而目标函数为对象状态和控制输入的二次型函数。基于内模原理的线性二次型控制是基于最优和鲁棒控制理论的控制策略，不仅能提高系统的跟踪性能，同时能抑制高频动态性能，是较为理想的控制算法。但这类先进控制器的设计均基于较为精确的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对工作在转速、电流反馈控制的伺服系统，根据其输入输出特征，确定合适的辨识模型来描述伺服系统的脉冲传递函数并假定伺服系统阶数；/nS2、根据对建模时辨识精度的要求，施加激励信号于伺服系统的转速控制器输入端；/nS3、连续采集转速控制器输出的转速反馈信号，用于构建样本矩阵；/nS4、利用最小二乘法，通过矩阵运算估计伺服系统模型参数并分离各个系数，得到所辨识伺服系统的高阶模型；/nS5、对伺服系统的高阶模型进行降阶，再对降阶后的伺服系统模型扩增维数；/nS6、为扩维后的伺服系统模型设计状态观测器；/nS7、选取目标状态，...

【技术特征摘要】
1.一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对工作在转速、电流反馈控制的伺服系统，根据其输入输出特征，确定合适的辨识模型来描述伺服系统的脉冲传递函数并假定伺服系统阶数；
S2、根据对建模时辨识精度的要求，施加激励信号于伺服系统的转速控制器输入端；
S3、连续采集转速控制器输出的转速反馈信号，用于构建样本矩阵；
S4、利用最小二乘法，通过矩阵运算估计伺服系统模型参数并分离各个系数，得到所辨识伺服系统的高阶模型；
S5、对伺服系统的高阶模型进行降阶，再对降阶后的伺服系统模型扩增维数；
S6、为扩维后的伺服系统模型设计状态观测器；
S7、选取目标状态，构成目标函数，设计并调节LQR控制器的参数；
S8、将得到的状态观测器参数和控制器参数代入原始的所辨识伺服系统的高阶模型，校验LQR控制器的控制效果；如果没达到控制指标，返回至步骤S7，重新设计并调节参数；如果达到控制指标，则结束。


2.根据权利要求1所述的一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，所述辨识模型具体为自回归滑动平均模型；
所述描述伺服系统的脉冲传递函数具体为，采用自回归滑动平均模型描述伺服系统的脉冲传递函数，即：
y(k)＝-a0y(k-1)-...-any(k-n)+b0u(k-1)+...+bnu(k-n)
其中，y为伺服系统输出，u为伺服系统输入，n为伺服系统模型阶数，a0...an、b0...bn为待求的伺服系统模型系数；
所述假定伺服系统模型阶数具体为100阶。


3.根据权利要求1所述的一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，所述施加激励信号具体为施加m序列，所述激励信号的作用点为伺服系统转速控制器的输入端，激励信号的数据长度为4096。


4.根据权利要求2所述的一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，所述构建样本矩阵具体为：
根据假定的伺服系统模型阶数和最小二乘法的标准格式，得：
y(k)＝-a0y(k-1)-any(k-2)-...-any(k-n)+b0u(k-1)+b1u(k-2)+...+bnu(k-n)
写出递推表达式y(n+1),y(n+2),...,y(k)，即：
y(n+1)＝-a0y(n)-...-any(1)+b0u(n)+...+bnu(1)
y(n+2)＝-a0y(n+1)-...-any(2)+b0u(n+1)+...+bnu(2)



y(k)＝-a0y(k-1)-...-any(k-n)+b0u(k-1)+...+bnu(k-n)
同时将系数a0,a1,...,an,b0,b1,...,bn写成矩阵形式，构建样本矩阵方程：



从左到右依次将所述样本矩阵方程中三个矩阵记为为Y,H,θ，得：
Y＝H·θ
其中，矩阵θ＝[-a0...-anb0...bn]是由伺服系统脉冲传递函数的各个系数组成。


5.根据权利要求4所述的一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，其特征在于，所述估计伺服系统模型参数具体为采用最小二乘法的递推算法，具体为：
运用矩阵运算的方式，得最小二乘估计值：



其中，辨识参数
对辨识参数矩阵进行分离系数，取得到所辨识伺服系统的高阶模型：





6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝洪，任连新，李永顺，翟名扬，黄淇松，郑立楷，吴春台，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44