[發明專利]一種伺服電機速度控制器增益參數自整定的方法

有效

• 申請號: 201710232375.4
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106877769B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李世華;吳超;石珂;李奇;曹為理;張允志
• 申請（專利權）人: 東南大學;中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P23/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種伺服電機速度控制器增益參數自整定的方法，該方法通過以下四步解決了現有技術自整定過程復雜和自整定效果不足的問題。具體為：首先為伺服系統規劃正弦形式的電流信號，根據伺服電機速度方程的頻域形式計算負載慣量比；然后根據伺服系統速度閉環特性建立比例增益和積分增益的關系，并搜索最大增益參數；在此基礎上自動生成增益等級表；最后根據負載慣量比和增益等級表計算速度控制器實際增益。本發明方法具有自整定執行簡單和自整定效果好的優點。

技術領域

本發明涉及一種參數自整定的方法，具體涉及一種伺服電機速度控制器增益參數自整定的方法，屬于伺服控制技術領域。

背景技術

伺服電機作為一種機械執行機構，廣泛應用于機械制造、工業機器人、航空航天等工程領域。以伺服電機為基本部件的伺服系統作為現代工業生產設備的重要驅動部件之一，是工業自動化不可缺少的重要基本技術。

在工程應用中，一個產品化的伺服驅動器會固化一組調節器參數提供給用戶使用。但是針對不同電機，不同供電環境，這組參數適應性不同，很有可能不能正常工作或達不到理想的性能指標。這種情況下用戶要自行調試或者工程人員要出差現場。現在考慮能不能采用一種方法，使得伺服驅動器能夠根據工況，包括電源、電機的信息自動整定出一組合適參數，這樣將大大減少勞動的成本，為用戶使用提供方便。眾所周知，閉環調節系統的參數整定是保證系統性能指標的重要環節，該過程需要耗費很多時間與精力的工作。如果伺服單元可以通過幾次試運行，自動將系統的參數整定為滿足當前工作環境要求的相對最優的參數，對于使用伺服單元的用戶來說，這是新型伺服系統最具吸引力的特點之一。

伺服系統現有自整定技術中，對于速度控制器參數的自整定方法可分為兩種：第一種是基于經驗的自整定方法，具體是模擬工程師調節參數的思路，讓伺服驅動器按照某種遍歷規律自動尋找評價最優的參數；另一種是基于模型的自整定方法，具體是建立伺服電機的理論模型，然后基于時域或者頻域的方法，由模型計算速度控制器參數。第一種方法的優點是思路簡單、易于實現，較容易獲得一組較優的速度控制器參數，缺點是整定時間過長，很難找到適用于各種工況的參數評價標準；第二種方法的優點是在精確建模的前提下能夠精確獲得使得伺服系統獲得高性能的控制參數，缺點是難以建立伺服系統各場合時的精確模型，在建模不準時，自整定參數的控制性能會受到很大的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種伺服電機速度控制器增益參數自整定的方法，改善了現有伺服系統參數自整定技術的整定效果，縮短了自整定技術的整定時間。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種伺服電機速度控制器增益參數自整定的方法，包括如下步驟：

步驟1，給伺服系統規劃正弦形式的電流信號，得到伺服系統的轉速幅值，根據伺服電機速度方程的頻域形式計算負載慣量，根據負載慣量和伺服系統本體慣量得到負載慣量比；

步驟2，對伺服電機執行速度閉環控制，根據伺服系統的速度閉環特性，建立速度控制器比例增益參數和積分增益參數的關系，將比例增益參數從初始值開始，每隔固定增益時間間隔增加一個增益刻度，當比例增益參數增加到使伺服電機的轉速超過震蕩臨界值時，記此時的比例增益參數為臨界震蕩比例增益；

步驟3，根據步驟2比例增益參數的初始值、固定時間間隔、增益刻度以及比例增益參數和積分增益參數的關系，生成包含增益等級-比例增益參數-積分增益參數的增益等級表；

步驟4，根據負載慣量比和增益等級表計算速度控制器的實際比例增益參數和實際積分增益參數。

作為本發明的一種優選方案，步驟1所述負載慣量的計算公式為：

其中，J_L為負載慣量，K_t為伺服系統的轉矩系數，|I|為電流幅值，f為電流頻率，|ω|為伺服系統的轉速幅值。