伺服系统的多回路预估补偿控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种伺服系统的多回路预估补偿控制方法

【技术实现步骤摘要】
伺服系统的多回路预估补偿控制方法及装置


[0001]本专利技术属于伺服系统控制
，具体涉及一种伺服系统的多回路预估补偿控制方法及装置
。

技术介绍

[0002]伺服机构作为控制器和发动机之间的桥梁，其控制回路需要始终保持较高的闭环性能，若发生退化则会对发动机控制系统造成影响，导致控制器参数和退化被控对象之间的不匹配，甚至导致诸多安全限制问题
。
作为发动机的附件，伺服机构长期工作在高温
、
高压和负载变化较大的条件下，随着时间推移，磨损
、
腐蚀等引起伺服机构性能退化，如电液伺服阀零偏电流偏移
、
增益变化以及作动延时变化等，使得原有的控制参数与变化的伺服机构不匹配，引起动态响应特性恶化，无法满足控制的需求
。
[0003]目前，工程中常用
Smith
预估补偿器解决延时问题，但
Smith
预估补偿器仅在能够对被控对象进行精确建模的情况下才能取得较好的控制效果，其预估补偿效果十分依赖估计延时和标称模型的准确性，无法应对航空发动机伺服系统退化后出现的特性变化问题
。
有学者通过自抗扰控制以及自耦
PID
等结构改善了大时滞下的系统控制性能，主要缓解了延时导致的系统性能恶化，但依然难以应对航空发动机退化伺服系统中经常出现的伺服机构本身增益与延时等特性同时发生变化的情况
。
此外，上述控制方法均无法解决伺服系统零偏电流偏移的问题，而零偏电流出现大范围偏移会导致控制效果减弱，影响伺服系统稳态控制性能
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种伺服系统的多回路预估补偿控制方法，能够有效改善伺服系统各项参数发生退化改变后的系统性能
。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]伺服系统的多回路预估补偿控制方法，包括以下步骤：
[0007]在伺服系统运行期间对伺服系统的指令和输出分别进行准稳态判定：如当前指令信号与前若干步指令信号均值之间的偏差小于等于指令稳态阈值，则判定指令信号进入准稳态，否则判定指令信号进入动态，如当前输出与前若干步输出均值之间的偏差小于等于输出稳态阈值，则判定输出反馈进入准稳态，否则判定输出反馈进入动态；
[0008]当输出反馈进入准稳态时，对伺服系统的零偏电流进行估计，得到零偏电流估计值
I
bal,e
；当指令信号进入动态后，采集一段数据并据此对伺服系统的延时进行估计，得到延时估计值
τ
m
；
[0009]根据零偏电流估计值
I
bal,e
、
延时估计值
τ
m
以及伺服系统标称模型的输出
y
m
，对伺服系统进行多回路预估补偿控制，具体如下：以令
y
m
跟踪指令
r
为控制目标，通过第一控制器对所述标称模型进行控制，获得电流信号
I1；以令伺服系统的输出反馈量
y
跟踪
y
mt
为控制目标，通过第二控制器获得电流信号
I2，
y
mt
为
y
m
经
τ
m
的延时后所产生的信号；最后以
I1、I2、
I
bal,e
之和作为多回路预估补偿控制所输出的电流信号
I
c
，伺服系统实际驱动电流
I
＝
I
c
‑
I
bal
，
I
bal
为伺服系统的实际零偏电流
。
[0010]优选地，使用预先训练的
SE
‑
GRU
网络对伺服系统的延时进行估计；所述
SE
‑
GRU
网络的输入为伺服系统在预设时间内的动态输出及其变化量数据，所述
SE
‑
GRU
网络的输出为此动态过程对应的延时；所述
SE
‑
GRU
网络的输入依次经过第一激活函数层
、
第一门控循环单元网络
、
第二激活函数层
、
第一网络全连接层
、
第三激活函数层
、
第二网络全连接层
、
第四激活函数层
、
第一归一化指数层处理后，与第一门控循环单元网络的输出相乘，所得乘积再依次经过第五激活函数层
、
第二门控循环单元网络
、
第三网络全连接层
、
第二归一化层指数层处理后，最终通过分类输出层得到所述
SE
‑
GRU
网络的输出
。
[0011]进一步优选地，第一～第五激活函数层均使用
Relu
激活函数
。
[0012]优选地，所述标称模型为在线更新的贯序极限学习机
OS
‑
ELM
神经网络模型；所述
OS
‑
ELM
神经网络模型的输入为伺服系统实际驱动电流估计值与伺服系统输出反馈量的历史数据，所述
OS
‑
ELM
神经网络模型的输出为当前的伺服系统输出反馈量
。
[0013]优选地，使用无迹卡尔曼滤波方法对伺服系统的零偏电流进行估计
。
[0014]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0015]伺服系统的多回路预估补偿控制装置，包括：
[0016]准稳态判定模块，用于在伺服系统运行期间对伺服系统的指令和输出分别进行准稳态判定：如当前指令信号与前若干步指令信号均值之间的偏差小于等于指令稳态阈值，则判定指令信号进入准稳态，否则判定指令信号进入动态，如当前输出与前若干步输出均值之间的偏差小于等于输出稳态阈值，则判定输出反馈进入准稳态，否则判定输出反馈进入动态；
[0017]零偏电流估计模块，用于当输出反馈进入准稳态时，对伺服系统的零偏电流进行估计，得到零偏电流估计值
I
bal,e
；
[0018]延时估计模块，用于当指令信号进入动态后，采集一段数据并据此对伺服系统的延时进行估计，得到延时估计值
τ
m
；
[0019]多回路预估补偿控制模块，用于根据零偏电流估计值
I
bal,e
、
延时估计值
τ
m
以及伺服系统标称模型的输出
y
m
，对伺服系统进行多回路预估补偿控制，具体如下：以令
y
m
跟踪指令...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
伺服系统的多回路预估补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在伺服系统运行期间对伺服系统的指令和输出分别进行准稳态判定：如当前指令信号与前若干步指令信号均值之间的偏差小于等于指令稳态阈值，则判定指令信号进入准稳态，否则判定指令信号进入动态，如当前输出与前若干步输出均值之间的偏差小于等于输出稳态阈值，则判定输出反馈进入准稳态，否则判定输出反馈进入动态；当输出反馈进入准稳态时，对伺服系统的零偏电流进行估计，得到零偏电流估计值
I
bal,e
；当指令信号进入动态后，采集一段数据并据此对伺服系统的延时进行估计，得到延时估计值
τ
m
；根据零偏电流估计值
I
bal,e
、
延时估计值
τ
m
以及伺服系统标称模型的输出
y
m
，对伺服系统进行多回路预估补偿控制，具体如下：以令
y
m
跟踪指令
r
为控制目标，通过第一控制器对所述标称模型进行控制，获得电流信号
I1；以令伺服系统的输出反馈量
y
跟踪
y
mt
为控制目标，通过第二控制器获得电流信号
I2，
y
mt
为
y
m
经
τ
m
的延时后所产生的信号；最后以
I1、I2、I
bal,e
之和作为多回路预估补偿控制所输出的电流信号
I
c
，伺服系统实际驱动电流
I
＝
I
c
‑
I
bal
，
I
bal
为伺服系统的实际零偏电流
。2.
如权利要求1所述伺服系统的多回路预估补偿控制方法，其特征在于，使用预先训练的
SE
‑
GRU
网络对伺服系统的延时进行估计；所述
SE
‑
GRU
网络的输入为伺服系统在预设时间内的动态输出及其变化量数据，所述
SE
‑
GRU
网络的输出为此动态过程对应的延时；所述
SE
‑
GRU
网络的输入依次经过第一激活函数层
、
第一门控循环单元网络
、
第二激活函数层
、
第一网络全连接层
、
第三激活函数层
、
第二网络全连接层
、
第四激活函数层
、
第一归一化指数层处理后，与第一门控循环单元网络的输出相乘，所得乘积再依次经过第五激活函数层
、
第二门控循环单元网络
、
第三网络全连接层
、
第二归一化层指数层处理后，最终通过分类输出层得到所述
SE
‑
GRU
网络的输出
。3.
如权利要求2所述伺服系统的多回路预估补偿控制方法，其特征在于，第一～第五激活函数层均使用
Relu
激活函数
。4.
如权利要求1所述伺服系统的多回路预估补偿控制方法，其特征在于，所述标称模型为在线更新的贯序极限学习机
OS
‑
ELM
神经网络模型；所述
OS
‑
ELM
神经网络模型的输入为伺服系统实际驱动电流估计值与伺服系统输出反馈量的历史数据，所述
OS
‑
ELM
神经网络模型的输出为当前的伺服系统输出反馈量
。5.
如权利要求1所述伺服系统的多回路预估补偿控制方法，其特征在于，使用无迹卡尔曼滤波方法对伺服系统的零偏电流进行估计
。6.
伺服系统的多回路预估补偿控制装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弘毅，李秋红，叶志锋，庞淑伟，周文祥，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：