[發明專利]基于繼電反饋的交流伺服系統自整定方法

有效

• 申請號: 200910051179.2
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101552589A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 熊振華;黃勇強;吳建華;盛鑫軍;丁漢
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02P23/14
• 分類號: H02P23/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種運動控制技術領域的方法，具體是一種基于繼電反饋的交流伺服系統自整定方法。

背景技術

現代工業要求交流伺服系統具有很強的抗干擾能力，保證穩定工作，并達到期望的扭矩、轉速和位移目標值，即系統對一切干擾要有充分的魯棒性，因此采用合理有效的控制策略至關重要。工業應用中，位置環、速度環和電流環三閉環控制結構是交流伺服系統最常用的控制形式，而在每個控制環路中，PID控制是應用最多的控制器。PID控制器早在30年代末期就已經出現，正是由于PID控制器具有原理簡單、使用方便、魯棒性強等優點，使得它仍然是在電氣傳動和過程控制中應用最廣泛的基本控制方式。雖然有很多文獻談及交流伺服系統的PID控制器設計，也提出了許多參數整定方法。但是在實際生產中，PID控制器的參數整定是一個耗時費力的過程。如何快速有效地調節控制器，如何使系統工作在最優狀態并滿足性能指標，達到系統性能和魯棒性二者的平衡成為了亟待解決的熱點問題。

現有的自整定控制器大致可以分為兩類：一是基于測試的方法，通過一系列測試獲得某些系統參數，在此基礎上設計出高品質的控制器，如ZN法、改進ZN法等；另一種是基于模型的方法，即在系統模型結構已知的條件下，根據多次實驗辨識對象模型參數，并在此基礎上調節PID控制器。應指出的是，兩種方法各有優劣，而如何取長補短成為一個研究熱點，即基于測試的辨識方法，結合精確建模理論快速實現系統控制參數整定。1984年，和提出了繼電反饋辨識的方法。該方法的實質是將繼電器這一非線性環節接入閉環系統形成穩定極限環，通過快速有效地提取被控對象的臨界信息，從而設計PID控制器。該方法自提出后，許多改進和擴展的繼電反饋方法被相繼推廣開來。

經對現有的技術文獻的檢索發現，Jih-Jenn?Huang在文獻Automatic?Tuningof?the?PID?Controller?for?Servo?Systems?Based?on?Relay?Feedback(the?26thAnnual?Conference?of?the?IEEE?on?Industrial?ElectronicsSociety，IECON，2000，1445-1450vol.2)(基于繼電反饋的伺服系統的PID參數自整定，2000年發表在IEEE電子學會第26屆國際學術年會)中引入帶遲滯的繼電器對液壓作動筒進行繼電反饋實驗，系統只需要短暫的激勵之后，就能獲得較優的PID控制參數。但是，這種方法只能適用于延時較大的伺服系統，如液壓馬達等，而對高響應速度的交流伺服系統無法形成穩定的振蕩。另外PID參數的整定方法也不適用工業應用中的三環控制策略。而本發明將繼電反饋技術和交流伺服系統的特性相結合，設計控制模塊以緩解交流伺服系統PID參數整定的難題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種基于繼電反饋的交流伺服系統自整定方法，該方法基于繼電反饋辨識技術快速有效地實現交流伺服系統各個控制環路的PID控制參數整定。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明在現有的電子控制設備或工控計算機中直接運行和實施，在線對交流伺服系統PID控制參數進行整定。本發明的實現分為兩個階段：

第一階段，工作在驅動器的扭矩控制模式下，通過對系統在繼電特性作用下的周期振蕩信息進行分析，獲得被控對象電流環參數，然后依照PID參數設定原則，計算速度環PID控制參數；

第二階段，工作在驅動器速度控制模式下，通過對系統在繼電特性作用下的周期振蕩信息進行分析，獲得被控對象速度環參數，然后依照PID參數設定原則，計算位置環PID控制參數；

本發明具體步驟如下：

步驟一：設置帶延遲的飽和繼電器各個參數，包括幅值h、繼電斜率k和延遲模塊D，將各個參數進行存儲；

步驟二：選擇“速度環參數整定”功能，此時繼電辨識環節被接入到速度環閉環中；

步驟三：在繼電非線性環節的作用下，建立起極限環。通過監控系統的輸入輸出信號，即u和y值，求出系統延遲d和極限振蕩周期參數，即周期P_u和幅值a；