[發明專利]一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法

有效

• 申請號: 201710269686.8
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107290958B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王華;史樂珍;洪榮晶;戴永奮;鮑治國;王景龍
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;馬鞍山方圓精密機械有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 蔣真

1.一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，其特征包括如下步驟：

(1)建立回轉支承控制系統的開環傳遞函數，在伺服運動控制器中給定1s時長、幅值為1rad的單位階躍位置控制信號r₀后，通過回轉支承大齒輪處的位置傳感器測得位置信號數據y₀，并使用MATLAB進行濾波處理；

(2)根據二階系統性能指標設定回轉支承期望的階躍響應軌跡y：

式中，s為Laplace算子，ξ為系統的阻尼比，ω_n為系統的固有頻率，其中根據2％準則可得固有頻率為：

式中T_set為系統的穩定時間，穩定時間從另一角度決定了系統的響應速度；

在設定期望軌跡y后，使用非線性最小二乘法迭代出初始的PID控制器參數，即比例系數K_p、積分系數K_i和微分系數K_d，并保持這3個參數不變；線性PID控制器的表示形式為：

(3)對步驟(2)中所述的線性PID控制器進行拆分，回轉支承位置PID控制器為控制器參數與誤差e(t)、誤差積分∫e(t)dt、誤差微分的線性組合，即得到線性控制器M_Θ：

式中，θ_i為控制器參數向量，M_i為控制器結構向量；通過對線性的控制器M_Θ進行拆分，得到控制器的參數向量θ_i和結構分量M_i，即：

控制器參數向量：Θ＝[θ₁,θ₂,θ₃]^T＝[K_p,K_i,K_d]^T，即θ₁＝K_p表示線性PID控制器M_Θ誤差項e(t)的系數，θ₂＝K_i表示線性PID控制器M_Θ誤差積分項∫e(t)dt的系數，θ₃＝K_d表示線性PID控制器M_Θ誤差微分項的系數。

控制器結構向量：即M₁＝e(t)表示線性PID控制器M_Θ誤差項e(t)，M₂＝∫e(t)dt表示線性PID控制器M_Θ誤差積分項∫e(t)dt，表示線性PID控制器M_Θ誤差微分項

式中，T表示向量/矩陣的轉置；

(4)對初始的線性PID控制器結構向量的3個變量進行一對一耦合以形成候選的控制器；為了確定出最好的耦合情形，對每一種耦合的變量f_i(x,r)加入指數，并以所設定的控制器適應度為目標進行指數的迭代，以修正變量耦合后帶來的系統誤差，將控制器變量加入初始的控制器結構向量并進行指數的迭代，即所形成的候選控制器形式為：

式中為估計的PID控制器參數，為線性PID中估計出的PID控制器結構項，f_i(x,r)為控制結構的耦合項，x為耦合變量，r為系統輸入，γ_i為耦合項加入的指數，最終由估計的PID控制器參數向量與估計的PID控制器結構向量組合形成候選控制器

(5)通過繼續調整指數γ_i提高控制器精度，使得回轉支承控制系統響應更接近所設定的期望的響應y。

2.根據權利要求1所述的一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，其特征在于所述回轉支承試驗臺控制系統為二階系統，根據系統辨識方法，得到回轉支承大齒輪位置y₀與輸入控制單位階躍位置信號r₀之間的傳遞函數為：

其中s為Laplace算子。