[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

本發明公開了一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，包括如下步驟：(1)采用系統辨識方法獲取回轉支承控制系統傳遞函數模型；(2)設定系統期望的階躍響應軌跡，采用非線性最小二乘法迭代出初始的控制器參數向量，并保持不變；(3)對線性控制器進行拆分，得到控制器的參數分量和結構分量；(4)對初始的線性PID控制器結構分量加入耦合項以形成候選的控制器，并對耦合變量的指數進行迭代。本發明提出了一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，通過將傳統PID控制器非線性化，實現了回轉支承試驗臺的精確位置控制，使得回轉支承能夠跟蹤所設定的期望軌跡，從而能夠提高試驗臺的穩定性。

技術領域：

本發明屬于工業過程的控制領域，涉及一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，尤其涉及一種提高回轉支承控制精度的新型驅動控制方法。

背景技術：

回轉支承是廣泛應用于工程機械、風力發電機等大型機械結構中需要作相對回轉運動的基礎部件，在這些設備中扮演著運動關節的作用。回轉支承試驗臺作為主要由電氣系統和液壓系統組成的伺服系統，具有強耦合、強非線性等特點。試驗臺控制系統的優劣不僅影響控制性能，而且直接影響回轉支承的使用壽命。僅依靠傳統的線性PID三個參數的調節難以保證系統的平穩控制，因此研究出提高回轉支承控制精度與使用時限的控制方法具有重要意義。

為了解決傳統PID控制器的不足、提高控制精度，有些人改變了控制器的結構，有些人則增加了PID控制器的參數。中科院長春光學精密機械與物理研究所的研究人員通過建立系統誤差與PID控制器增益系數之間的關系，研究出一種變結構的PID控制器，從而提高大型望遠鏡的控制精度。中科院系統科學與數學研究所的研究人員，采用“跟蹤微分”的非線性結構，通過合理提取誤差的微分信號，提高PID控制器的控制性能。約旦科技大學的研究人員嘗試改變PID控制器中積分項的積分區間，從而提高控制器的穩定性和跟蹤性能。以上主要是對PID控制器的結構形式進行改進的研究。近年來，分數階微積分理論被廣泛應用與系統建模與控制領域，尤其是分數階的PID控制器。由于增加了積分階次和微分階次，控制器的控制范圍得到了擴展。華南理工大學的研究人員對分數階的PID進行了深入的研究，并且基于頻域指標設計了分數階的PID控制器。然而，分數階微積分算法在數字設備中實現時，必須要對控制器進行近似計算，最終還是轉化成了整數階形式。

以上主要是分別對控制器的結構和參數進行改變來提高控制器的控制效果，在PID控制器的“非線性”化方面，還有很多問題值得探討，特別是如何設計一種簡單實用的非線性PID控制器。

發明內容

為解決上述問題本發明提供了一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法。目的是使得回轉支承的位置軌跡能夠跟蹤所設定的期望軌跡，從而提高控制精度，能夠減少設備的故障幾率，提高回轉支承控制系統的穩定性。

本發明為解決以上問題，所采用的技術方案是：

一種新型回轉支承試驗臺驅動控制方法，包括如下步驟：

(1)根據圖1所示系統辨識方法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；