[發(fā)明專利]一種伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610030986.6
• 申請(qǐng)日: 2016-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN105429551B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳鵬展;劉曦;茹巖;魏明華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P23/14
• 分類號(hào): H02P23/14
• 代理公司: 北京華識(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法，使電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)；t＝0時(shí)刻，對(duì)所有粒子初始化；隨機(jī)給定電流環(huán)初始控制參數(shù)P＝x，輸入周期方波信號(hào)，計(jì)算粒子i的適應(yīng)度；根據(jù)公式計(jì)算群體適應(yīng)度方差；判斷算法是否滿足收斂條件；求出全局最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值，并輸出全局最優(yōu)解，算法結(jié)束；通過伺服系統(tǒng)校驗(yàn)最優(yōu)值是否為全局極值，如果滿足響應(yīng)要求則整定成功，否則繼續(xù)整定；根據(jù)相同整定的結(jié)構(gòu)，在確定伺服系統(tǒng)最優(yōu)P值之后，整定系統(tǒng)I、D值；校驗(yàn)伺服系統(tǒng)整體電流閉環(huán)響應(yīng)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于伺服系統(tǒng)高精度控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法。

背景技術(shù)

伺服系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的執(zhí)行元件，其控制性能的優(yōu)劣直接影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作精度。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，伺服系統(tǒng)的高精度控制能有效提高生產(chǎn)效率、改善工藝水平；現(xiàn)代智能機(jī)器人逐漸進(jìn)入我們的生活，伺服系統(tǒng)作為機(jī)器人的重要組成部分，其控制性能決定著機(jī)器人能否完成設(shè)定任務(wù)。如何提高伺服系統(tǒng)的控制性能成為研發(fā)者更為關(guān)注的問題。伺服系統(tǒng)的性能優(yōu)劣外在主要表現(xiàn)為速度控制響應(yīng)和位置跟蹤誤差兩方面。電流環(huán)作為兩者的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，只有在具有優(yōu)良動(dòng)態(tài)性能的電流閉環(huán)前提下才能有效提高伺服速度環(huán)和位置環(huán)控制特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法及伺服系統(tǒng)，旨在在伺服系統(tǒng)中未知參量對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)特性存在影響的情況下，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)控制參數(shù)的自整定。

本發(fā)明所述伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法包括以下步驟：

電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，輸入q軸電流周期方波指令信號(hào)；在t＝0時(shí)刻，對(duì)所有粒子初始化，在允許取值范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置粒子的初始化位置x，將第i個(gè)粒子的自身個(gè)體極值設(shè)置成當(dāng)前位置，全局極值設(shè)置成粒子群中的最優(yōu)粒子位置；

隨機(jī)給定電流環(huán)初始控制參數(shù)P＝x，通過ADC采樣，坐標(biāo)變換后得到q軸電流跟蹤響應(yīng)信號(hào)，更新粒子位置，計(jì)算粒子i的適應(yīng)度；

如果粒子i的適應(yīng)度優(yōu)于自身個(gè)體極值的適應(yīng)度；如果當(dāng)前進(jìn)化代數(shù)中，粒子i的適應(yīng)度優(yōu)于全局極值的適應(yīng)度；根據(jù)公式計(jì)算群體適應(yīng)度方差；

判斷算法是否滿足收斂條件，如果滿足就執(zhí)行根據(jù)公式計(jì)算群體適應(yīng)度方差，否則就對(duì)全局最優(yōu)解按照公式執(zhí)行變異操作并轉(zhuǎn)回對(duì)所有粒子初始化；

求出全局最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值，并輸出全局最優(yōu)解，算法結(jié)束；通過伺服系統(tǒng)校驗(yàn)最優(yōu)值等于全局極值，如果滿足響應(yīng)要求則整定成功，否則繼續(xù)整定；相同整定結(jié)構(gòu)，在確定伺服系統(tǒng)最優(yōu)P值之后，整定系統(tǒng)I、D值；

最終校驗(yàn)伺服系統(tǒng)整體電流閉環(huán)響應(yīng)特性。

進(jìn)一步，所述伺服系統(tǒng)電流環(huán)控制參數(shù)自整定方法進(jìn)一步包括以下步驟：

電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，消除d軸電流反向電動(dòng)勢(shì)的影響；

在方波信號(hào)作用下，分析q軸一個(gè)周期T電流環(huán)PID參數(shù)；

分析時(shí)將方波信號(hào)一個(gè)周期分為高電平區(qū)間[0,T/2]、低電平區(qū)間[T/2,T]；

電流方波信號(hào)函數(shù)用e(t)表示，高電平區(qū)間電流響應(yīng)函數(shù)用e₁(t)表示，低電平區(qū)間電流響應(yīng)函數(shù)用e₂(t)表示；

ITAE整定準(zhǔn)則表達(dá)式為t表示時(shí)間，|e′(t)|表示實(shí)際輸出與期望輸出的偏差值絕對(duì)值，ITAE準(zhǔn)則控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)振蕩性小，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)具有良好的選擇性；對(duì)于伺服系統(tǒng)，通過ADC采樣得到反饋相電流，然后進(jìn)行坐標(biāo)變換得到電流環(huán)跟蹤響應(yīng)電流；

對(duì)P值進(jìn)行整定，初值P(0)對(duì)應(yīng)ITAE指標(biāo)為E(0)；P(i)對(duì)應(yīng)ITAE指標(biāo)為E(i)；i∈[1,n)；