用于伺服驱动器参数自整定的方法及系统、存储介质技术方案

本发明专利技术涉及伺服控制技术领域，具体公开了一种用于伺服驱动器参数自整定的方法及系统、存储介质，所述方法依次调整速度环和位置环的可调参数，当速度环或位置环的可调参数超过一个，采用坐标轮换法调整参数，每次允许一个参数变化，对变化的参数采用黄金分割法寻优；当速度环或位置环的可调参数只有一个，采用黄金分割法寻优。将自整定过程分解为逐环进行一维和多维参数组合寻优的思想，即坐标轮换法将多个参数的耦合影响分解为单个参数逐一寻优，单个参数逐一寻优采用黄金分割法，实现了简单高效的参数寻优算法，无需进行理论推导，适用于任何控制器，参数寻优范围大、速度快、效果好。效果好。效果好。

【技术实现步骤摘要】
用于伺服驱动器参数自整定的方法及系统、存储介质


[0001]本专利技术涉及伺服控制
，具体地涉及一种用于伺服驱动器参数自整定的方法及系统、存储介质。

技术介绍

[0002]自动化设备对运动控制系统的要求可以总结为“快、准、稳”，即具备快速响应的能力，同时满足动作精度要求，能够长时间保持稳定。反映到伺服驱动器上，在其控制算法已经固化的情况下，三环控制器参数的设置直接决定了其性能表现。
[0003]伺服驱动器控制算法复杂、可调参数众多，为了达到理想的控制效果，即使是经验丰富的专业工程师也需要进行长时间的调试。对于普通用户来说，由于不具备专业知识，缺乏调试经验，驱动器调参无疑是一项困难且耗时的工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种用于伺服驱动器参数自整定的方法及系统、存储介质。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种用于伺服驱动器参数自整定的方法，依次调整速度环和位置环的可调参数，当速度环或位置环的可调参数超过一个，采用坐标轮换法调整参数，每次允许一个参数变化，对变化的参数采用黄金分割法寻优；当速度环或位置环的可调参数只有一个，采用黄金分割法寻优。
[0006]本专利技术第二方面提供一种用于伺服驱动器参数自整定的系统，包括：驱动器，用于驱动电机运转，实时采集数据；上位机，用于实时接收来自所述驱动器采集的数据，根据所述数据执行上述用于伺服驱动器参数自整定方法的步骤，并将自整定的结果实时发送至所述驱动器。
[0007]本专利技术第三方面提供一种计算机存储介质，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述用于伺服驱动器参数自整定方法的步骤。
[0008]通过上述技术方案，将自整定过程分解为逐环进行一维和多维参数组合寻优的思想，即坐标轮换法将多个参数的耦合影响分解为单个参数逐一寻优，单个参数逐一寻优采用黄金分割法，实现了简单高效的参数寻优算法，无需进行理论推导，适用于任何控制器，参数寻优范围大、速度快、效果好；以及不要求使用者具备丰富的专业知识和经验，能够快速实现伺服驱动器参数自整定，大大缩短调试周期。
附图说明
[0009]图1是本专利技术实施例用于伺服驱动器参数自整定的流程示意图；
图2是本专利技术单峰函数示意图；图3是本专利技术多维参数寻优轨迹；图4是本专利技术实施例整定前速度跟踪曲线；图5是本专利技术实施例整定前速度跟踪误差曲线；图6是本专利技术实施例整定后速度跟踪曲线；图7是本专利技术实施例整定后速度跟踪误差曲线；图8是本专利技术实施例整定前位置跟踪曲线及滞后时间示意；图9是本专利技术实施例整定后位置跟踪曲线及滞后时间示意。
具体实施方式
[0010]以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。
[0011]本专利技术实施例第一方面提供一种用于伺服驱动器参数自整定的方法，如图1所示，依次调整速度环和位置环的可调参数，当速度环或位置环的可调参数超过一个，采用坐标轮换法调整参数，每次允许一个参数变化，对变化的参数采用黄金分割法寻优，直至将所有可调参数循环调整，逐步迭代完成寻优；当速度环或位置环的可调参数只有一个，采用黄金分割法寻优。
[0012]所谓驱动器参数自整定，主要是指对电流环、速度环、位置环控制器参数的调整。每个控制环都至少存在一个可调参数需要调整，那么上述三环则需要调整多个参数。本专利技术使用依次调整的方式，即先从最内部的电流环开始，调整完电流环参数后再调整速度环参数，最后调整位置环参数。由于驱动器出厂设置的电流环参数大部分情况下不需要额外调整，所以也可以屏蔽电流环只进行速度环、位置环的自整定。
[0013]在每个控制环内部调参过程中，如果控制器的可调参数超过一个，那么这些参数可能对环路控制性能产生耦合影响。对于这种多参数耦合情况，本专利技术使用坐标轮换法进行多维层面上的参数寻优，只需要目标函数值信息，不需要知道具体的控制器参数与系统误差的函数关系。而在一维层面上，本系统使用黄金分割法进行参数寻优，在单个参数（一维）的寻优策略上使用黄金分割法，相较于常规的等间距搜索，具有搜索范围大、收敛快等优点。
[0014]进一步地，所述黄金分割法寻优基于某一参数对系统误差的影响呈单峰函数模型，在此基础上，多参数对系统误差影响呈等高线分布趋势。
[0015]在实际的调试过程中，针对于速度环ADRC控制器，发现提升其观测器带宽，系统性能明显提升，但继续增大带宽系统稳定性下降，对应的系统误差反而增加。将该情况推广到其他PI或者内模控制器上依然适用，认为该规律具备普适性。结合以上的调试经验，将系统误差模型进行抽象，获得控制器参数对系统误差影响趋势曲线，即在大部分情况下满足单峰函数趋势。基于以上系统误差模型的抽象，推广到多控制器参数对系统误差的影响情况，认为在一维层面模型满足单峰函数趋势，在多维层面则满足误差等高线形式的分布，即一维层面参数最优解的组合使得系统获得最小误差。因此，单个参数的控制器对系统误差的影响是被抽象成单峰函数模型。如图2所示，即随着参数的增大，系统误差越来越小，但达到
一定程度后继续增大参数，系统误差反而变大。本专利技术的目标是找到使得系统误差最小的参数值。
[0016]当控制环使用某些复杂控制器时，往往无法推导出系统的传递函数，也不易明确控制器参数与系统性能的关系式。在一维层面上，由于参数对系统误差影响基本满足单峰函数趋势，那么在多维层面上，参数与系统误差则呈现等高线形式的分布趋势。针对这种情况，本算法使用了一种无约束多维极值直接求解法——坐标轮换法。每一次允许一个参数变化，即对该参数实行一维黄金分割寻优，接着对其他参数依次进行一维寻优，理论上系统性能会向最优点逐步靠近，多维参数寻优轨迹如图3所示。
[0017]本专利技术的另一实施例中，所述黄金分割法寻优具体如下：对参数搜索区间[α,b]进行黄金分割，确定两个黄金分割点x1、x
2，
公式为：；判断x1、x2分别对应的系统误差f1、f2，若f1>f2，则令，更新系统误差f2；若f1<f2，则令，更新系统误差f1；以此进行迭代计算；迭代计算完成后，输出整定结果x=（α'+b'）/2，[α',b']为迭代后的参数搜索区间。
[0018]如图1所示，首先，人工根据使用环境，在上位机软件中设置好运动范围、速度、加速度等参数。接着对算法执行参数进行配置，包括一维寻优迭代次数、多维寻优迭代次数、位置超调抑制增益、各参数寻优范围等。做好以上设置之后，只需要点击开始按钮，软件则会控制驱动器进行往复运动，经过几分钟的自整定后完成参数调整。
[0019]在自整定过程中，算法首先会根据设置好的参数范围，通过黄金分割的方式，计算出各个控制器的初始参数。这样计算初始参数有两个好处，一是黄金分割的方式使得初始参数位于参数上下限的0.618或者0.382的中间位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于伺服驱动器参数自整定的方法，其特征在于，依次调整速度环和位置环的可调参数，当速度环或位置环的可调参数超过一个，采用坐标轮换法调整参数，每次允许一个参数变化，对变化的参数采用黄金分割法寻优；当速度环或位置环的可调参数只有一个，采用黄金分割法寻优。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄金分割法寻优基于某一参数对系统误差的影响呈单峰函数模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述黄金分割法寻优具体如下：对参数搜索区间[α,b]进行黄金分割，确定两个黄金分割点x1、x
2，
公式为： ；判断x1、x2分别对应的系统误差f1、f2，若f1>f2，则令，更新系统误差f2；若f1<f2，则令，更新系统误差f1；以此进行迭代计算；迭代计算完成后，输出整定结果x=（α'+b'）/2，[α',b']为迭代后的参数搜索区间。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，速度环的所述系统误差评价函数为：，其中，F
vel
为速度环的速度误差评价结果，ω*(k)为给定速度，ω(k)为反馈速度，t(k)为时间，k为当前采样次数，n为总采样次数；位置环的所述系统误差评价函数为：，其中，F
pos
为位置环的速度误差评价结果，为给定位置，θ(k)为反馈位置，t(k)为时间，p...

【专利技术属性】
技术研发人员：许礼昆，郭恩政，任贵平，沈坤，孙海星，
申请(专利权)人：合肥安迅精密技术有限公司，
类型：发明
国别省市：