[發明專利]一種永磁同步伺服系統位置預測控制方法

有效

• 申請號: 201710727012.8
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107623473B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 潘安遠;張今朝;陳志長;史純自
• 申請（專利權）人: 浙江德歐電氣技術有限公司
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/22
• 代理公司: 上海市海華永泰律師事務所 31302
• 代理人: 包文超

本發明公開了一種永磁同步伺服系統位置預測控制方法，將伺服控制系統的速度環、電流環及電機系統保持不變，將位置環設計成矩陣控制器，針對位置控制，根據位置誤差，設計矩陣控制器，本發明提供一種矩陣控制器的模型，方法穩定，容易在系統中實現。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，具體涉及一種永磁同步伺服電機位置預測控制方法。

背景技術

在自動控制系統中，輸出量能夠以一定的準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為伺服系統。伺服系統由伺服驅動裝置和伺服電機組成，使用永磁同步電機作為伺服電機的伺服系統，稱為永磁同步電機伺服系統。

永磁同步伺服系統作為數控機床和工業機器人的基礎關鍵技術，對整個運動控制系統的精度和速度等技術指標起著決定性的作用。現有技術中，伺服控制系統一般有三種控制方法，包括速度控制方式、轉矩控制方式和位置控制方式；廣泛的應用方式是位置控制。永磁同步伺服系統的位置控制有兩個要求：快速平滑的瞬態響應和較小的位置跟隨偏差；位置跟隨偏差有兩種，一種是在位置跟隨的初始階段，電機處于加速運行，這時的跟隨偏差是速度動態跟隨偏差，另一種是速度達到穩定后速度穩態的跟隨偏差。這兩種跟隨偏差的決定因素是位置控制器的增益，增益越大，位置跟隨的偏差越小。位置控制器增益設定和電機拖動的負載有關，增益過大時會引起機械沖擊和位置控制的超調，這些都是不允許的。減小增益能夠避免機械沖擊和超調的出現，但會使跟隨偏差增大影響加工的精度。

發明內容

本發明的目的在于將位置環設計成矩陣控制器，根據位置誤差，設計預測控制器，反應控制過程中的動態效應，特別是在大數據在線處理過程中，在線調節控制器參數，提高伺服電機控制效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種永磁同步伺服系統位置預測控制方法，將伺服控制系統的速度環、電流環及電機系統保持不變，將位置環設計成矩陣控制器；

當上位系統發出的位置給定信號為矩陣控制器輸出增量為Δω_rm(k)，輸入端輸入單位階躍信號，當伺服控制系統響應達到穩態時，可得到一組位置模型參數向量[a₁a₂ … a_N]^T其中，N建模時域，假定預測輸出的時域長度為P，控制時域長度為M，取N≥P≥M，本方法中，取P＝M＝10；

當在k時刻，矩陣控制器輸出增量為Δω_rm(k)，可得未來時刻的矩陣控制器輸出值為

則在k時刻有M個增量Δω_rm(k)，…，Δω_rm(k+M-1)，可得未來各時刻矩陣控制器輸出值為

其中，

為增加伺服控制系統動態穩定性和控制輸入的可實現性，減少計算量，將矩陣控制器輸出增量Δω_rm(k)減少為P維，則變為

矩陣A為P×M的常數矩陣，反應對象的動態特性，完全由階躍信號響應參數所決定；

(2)式中，

ΔW_rm(k)＝[Δω_rm(k)，Δω_rm(k+1)，…，Δω_rm(k+M-1)]^T

W_rm(k-1)＝[ω_rm(k-N+1)，ω_rm(k-N+2)，…，ω_rm(k-1)]^T