【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及伺服控制系统领域，特别是涉及一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法。
技术介绍
1、在自动化和精密工程领域，精密运动控制一直是实现高精度和高效率生产的关键技术。智能制造和自动化系统对运动控制的精度和可靠性要求越来越高。传统的精密运动控制系统通常基于预先设定的控制算法和模型，这些模型依赖于对系统动态和外部环境的精确理解。然而，现实世界中的操作条件往往是复杂多变的，包括温度变化、机械磨损、负载波动等，这些因素都可能影响控制性能。随着大数据和人工智能技术的发展，数据驱动的方法为精密运动控制提供了新的解决方案。数据驱动方法利用从系统运行中收集的大量数据来识别模式、预测行为并优化控制策略。这种方法的优势在于其能够处理高度非线性、多变量和动态变化的系统，而无需对系统进行复杂的建模。但是现有基于数据驱动的参数整定方法只对反馈控制器参数进行整定，或者只对前馈控制器参数进行整定，目前尚未发现基于数据驱动同步整定前馈控制器参数和反馈控制器参数的方法。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法。
2、一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，包括：第一运算器、反馈控制器、前馈控制器、第二运算器、被控对象和第三运算器；其中，前馈控制器和反馈控制器被线性参数化。
3、所述第一运算器接收轨迹指令和所述第三运算器输出的输出位置信号；所述第一运算器输出的轨迹跟踪
4、在进行前馈控制器参数和反馈控制器参数的同步整定时，所述前馈控制器根据轨迹指令生成前馈控制信号；所述第一运算器获取轨迹指令和所述被控对象输出的输出位置信号，作减法运算后生成轨迹跟踪误差，将轨迹跟踪误差输出至所述反馈控制器；所述反馈控制器根据轨迹跟踪误差生成反馈控制信号；所述第二运算器获取所述反馈控制器输出的反馈控制信号和所述前馈控制器输出的前馈控制信号，作加法运算生成总控制信号，将总控制信号输出至所述被控对象；所述被控对象在总控制信号的驱动下进行参数同步整定。
5、前馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
6、(1)有限脉冲响应结构，其传递函数如下所示：
7、
8、其中，f(z-1)表示前馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，αi其中i＝0,1,2,3l,n表示待整定的滤波器系数，n表示滤波器阶次；
9、(2)速度前馈结构，其传递函数如下所示：
10、
11、其中，fv(z-1)表示前馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，θv表示待整定的滤波器系数，ts表示离散采样时间；
12、(3)加速度前馈结构，其传递函数如下所示：
13、
14、其中，fa(z-1)表示前馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，θa表示待整定的滤波器系数，ts表示离散采样时间；
15、(4)加加速度前馈结构，其传递函数如下所示：
16、
17、其中，fj(z-1)表示前馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，θj表示待整定的滤波器系数，ts表示离散采样时间。
18、优选地，前馈控制器结构采用加速度前馈结构与加加速度前馈结构的组合。
19、反馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
20、(1)pid结构，其传递函数如下所示：
21、
22、其中，cpid(z-1)表示反馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，kp、ki和kd表示待整定的滤波器系数，ts表示离散采样时间；
23、(2)pd结构，其传递函数如下所示：
24、
25、其中，cpd(z-1)表示反馈控制器的传递函数，z-1表示离散域的复变量，kp和kd表示待整定的滤波器系数，ts表示离散采样时间；
26、(3)陷波滤波器结构；
27、(4)带通滤波器结构；
28、(5)低通滤波器结构。
29、优选地，反馈控制器结构采用pid结构。
30、前馈控制器参数和反馈控制器参数在同一次迭代中同步更新。
31、对于给定的轨迹指令，前馈控制器参数和反馈控制器参数的每一次更新需进行3次轨迹跟踪实验，3次轨迹跟踪实验分别记为实验i、实验ii和实验iii，实验i和iii的轨迹指令为给定的参考轨迹信号；实验ii的轨迹指令为实验i的位置输出信号；每次迭代更新需记录实验i、实验ii和实验iii的轨迹跟踪误差和位置输出信号。
32、根据实验i或实验iii的轨迹跟踪误差定义前馈控制器参数和反馈控制器参数优化的目标函数，其中所述目标函数是带权重的轨迹跟踪误差2-范数或带权重的控制量2-范数。
33、优选地，前馈控制器参数和反馈控制器参数优化的目标函数为轨迹跟踪误差2-范数。
34、对于轨迹指令为给定的参考轨迹信号，前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定的具体步骤为：
35、步骤1)，根据经验法或其他方法设置前馈控制器参数的初始值和反馈控制器参数的初始值，设定最大迭代次数，令迭代次数为零；
36、步骤2)，在当前的前馈控制器参数和反馈控制器参数下进行实验i、实验ii和实验iii。记录实验i、实验ii和实验iii的轨迹跟踪误差和位置输出信号。
37、步骤3)，根据所得轨迹跟踪误差和位置信号分别计算目标函数关于前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度和海森矩阵；
38、步骤4)根据所得目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度和海森矩阵计算前馈控制器参数和反馈控制器参数；
39、步骤5)，判断是否满足迭代终止条件，若满足，则终止迭代，当前的前馈控制器参数和反馈控制器参数分别为最优的前馈控制器参数和反馈控制器参数；否则回到步骤2)，迭代次数增加1。
40、优选地，前馈控制器参数的初始值和反馈控制器参数的初始值根据经验法设置。
41、迭代终止条件包括以下条件之一：
42、(1)迭代次数达到设定最大迭代次数；
43、(2)目标函数小于给定值；
44、(3)前后两次迭代的目标函数差值小于给定值；
45、(4)目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度幅值小于给定值。、优选地，迭代终止条件设置为迭代次数达到设定最大迭代次数。
46、目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度由实验i、实验ii和实验iii的轨迹跟踪误差和输出位置信号计算获得，其中输出位置信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，包括：第一运算器、反馈控制器、前馈控制器、第二运算器、被控对象和第三运算器；其中，前馈控制器和反馈控制器被线性参数化；
2.根据权利要求1所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，前馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
3.根据权利要求1所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，反馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
4.根据权利要求1-3所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，前馈控制器参数和反馈控制器参数在同一次迭代中同步更新。
5.根据权利要求1-3所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，对于给定的轨迹指令，前馈控制器参数和反馈控制器参数的每一次更新需进行3次轨迹跟踪实验，3次轨迹跟踪实验分别记为实验I、实验II和实验III，实验I和III的轨迹指令为给定的参考轨迹信号；实验II的轨迹
6.根据权利要求5所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，根据实验I或实验III的轨迹跟踪误差定义前馈控制器参数和反馈控制器参数优化的目标函数，其中所述目标函数是带权重的轨迹跟踪误差2-范数或带权重的控制量2-范数。
7.根据权利要求1-3所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，对于轨迹指令为给定的参考轨迹信号，前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定的具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，迭代终止条件包括以下条件之一：
9.根据权利要求7所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度由实验I、实验II和实验III的轨迹跟踪误差和输出位置信号计算获得，其中输出位置信号关于前馈控制器参数的梯度计算公式如下所示：
10.根据权利要求7所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的海森矩阵由目标函数对前馈控制器参数和反馈控制器参数的梯度计算获得，其中目标函数对前馈控制器参数的海森矩阵计算公式如下所示：
11.根据权利要求7所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，前馈控制器参数的更新律公式如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，包括：第一运算器、反馈控制器、前馈控制器、第二运算器、被控对象和第三运算器；其中，前馈控制器和反馈控制器被线性参数化；
2.根据权利要求1所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，前馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
3.根据权利要求1所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，反馈控制器线性化结构包括以下结构之一或者多个组合：
4.根据权利要求1-3所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，前馈控制器参数和反馈控制器参数在同一次迭代中同步更新。
5.根据权利要求1-3所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，对于给定的轨迹指令，前馈控制器参数和反馈控制器参数的每一次更新需进行3次轨迹跟踪实验，3次轨迹跟踪实验分别记为实验i、实验ii和实验iii，实验i和iii的轨迹指令为给定的参考轨迹信号；实验ii的轨迹指令为实验i的位置输出信号；每次迭代更新需记录实验i、实验ii和实验iii的轨迹跟踪误差和位置输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种伺服控制系统的前馈控制器参数和反馈控制器参数同步整定方法，其特征在于，根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，童瀚塔，陈涛涛，黄笑益，李琨，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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