[發(fā)明專利]一種交流伺服系統(tǒng)控制參數(shù)穩(wěn)定域求解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011452824.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112486100B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋寶;李虎;陳天航;唐小琦;周向東;楊承博;鄒益剛;余文韜;姜茂文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/408
• 分類號(hào): G05B19/408
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種交流伺服系統(tǒng)控制參數(shù)穩(wěn)定域求解方法，其特征在于，包括以下步驟：

(I)分析交流伺服系統(tǒng)的可調(diào)控制參數(shù)；

(II)確定與系統(tǒng)穩(wěn)定性相關(guān)的性能指標(biāo)及穩(wěn)定裕度；

(III)將穩(wěn)定性指標(biāo)轉(zhuǎn)換為約束優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)，將穩(wěn)定裕度轉(zhuǎn)換為參數(shù)空間或目標(biāo)空間內(nèi)的穩(wěn)定邊界；

(IV)在原有深度優(yōu)先遍歷算法的基礎(chǔ)上，采用變步長(zhǎng)訪問(wèn)機(jī)制和適應(yīng)度評(píng)判準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，獲得改進(jìn)深度優(yōu)先遍歷算法；

基于變步長(zhǎng)訪問(wèn)機(jī)制的改進(jìn)深度優(yōu)先遍歷算法具體包括步驟：

i)設(shè)定分割向量最大分層系數(shù)τ以及最小步長(zhǎng)

ii)選擇初始參數(shù)空間為待訪問(wèn)空間；

iii)根據(jù)分割向量將待訪問(wèn)參數(shù)空間劃分為個(gè)子空間；

iv)以子空間的頂點(diǎn)和其連接關(guān)系組成圖；

v)執(zhí)行深度優(yōu)先遍歷算法，訪問(wèn)圖內(nèi)的所有頂點(diǎn)；

vi)根據(jù)適應(yīng)度評(píng)判準(zhǔn)則，將所有子空間分為可行子空間、不可行子空間以及狀態(tài)未知子空間；

vii)若狀態(tài)未知子空間每個(gè)維度均大于最小步長(zhǎng)選擇狀態(tài)未知子空間加入待訪問(wèn)子空間隊(duì)列；否則，更新待訪問(wèn)子空間隊(duì)列，將無(wú)需進(jìn)一步訪問(wèn)的子空間從待訪問(wèn)空間隊(duì)列剔除；

viii)倒序查找待訪問(wèn)空間隊(duì)列，確定一個(gè)待訪問(wèn)子空間作為新的訪問(wèn)空間，返回步驟ii)；若待訪問(wèn)空間隊(duì)列為空，則訪問(wèn)結(jié)束；

所述適應(yīng)度評(píng)判準(zhǔn)則為：

·若子空間的頂點(diǎn)都滿足穩(wěn)定性約束，則子空間滿足穩(wěn)定性約束，并被標(biāo)記為可行子空間；

·若子空間的頂點(diǎn)都違反穩(wěn)定性約束，則子空間違反穩(wěn)定性約束，并被標(biāo)記為不可行子空間；

·若子空間的頂點(diǎn)中只有部分滿足穩(wěn)定性約束，則子空間需被進(jìn)一步探索，并被標(biāo)記為狀態(tài)未知子空間；

更進(jìn)一步地，對(duì)于分割向量和最小步長(zhǎng)其每個(gè)維度均滿足以下關(guān)系：

其中和分別為初始參數(shù)空間內(nèi)的參數(shù)向量的上限和下限，τ是給定的分層系數(shù)，(k_i)^τ表示k_i的τ次方；

所述改進(jìn)深度優(yōu)先遍歷算法包括以下步驟：

i)選擇一個(gè)頂點(diǎn)作為訪問(wèn)的初始起點(diǎn)；

ii)將所選頂點(diǎn)應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)，獲得相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，并將其加入已訪問(wèn)頂點(diǎn)隊(duì)列；

iii)判斷是否存在未被訪問(wèn)的鄰接頂點(diǎn)，若存在一個(gè)以上，任意選擇一個(gè)鄰接頂點(diǎn)作為下次訪問(wèn)對(duì)象，剩余頂點(diǎn)存入待訪問(wèn)頂點(diǎn)隊(duì)列，以當(dāng)前頂點(diǎn)索引標(biāo)簽；作為根據(jù)動(dòng)態(tài)終點(diǎn)準(zhǔn)則判斷當(dāng)前訪問(wèn)是否可深入進(jìn)行；

iv)若當(dāng)前不存在未被訪問(wèn)的鄰接頂點(diǎn)，則根據(jù)“已訪問(wèn)頂點(diǎn)隊(duì)列”倒序查找可以訪問(wèn)的頂點(diǎn)，選擇其鄰接頂點(diǎn)作為下次訪問(wèn)對(duì)象，并將所選對(duì)象從待訪問(wèn)頂點(diǎn)隊(duì)列剔除；

根據(jù)所選擇的待訪問(wèn)對(duì)象，返回步驟ii)；若所有的頂點(diǎn)均被訪問(wèn)，則結(jié)束遍歷；

(V)構(gòu)建交流伺服系統(tǒng)的仿真模型；

(VI)編制所述優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)程序，自動(dòng)求解交流伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)穩(wěn)定域；

(VII)在實(shí)際交流伺服系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)控制參數(shù)穩(wěn)定域求解方法，其特征在于：在步驟(II)中，選擇系統(tǒng)暫態(tài)性能指標(biāo)中的超調(diào)量M_p和調(diào)整時(shí)間t_s來(lái)分別表征交流伺服系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性和收斂性，同時(shí)設(shè)計(jì)如下綜合誤差性能指標(biāo)：

式中，r(t)和y(t)分別為系統(tǒng)的指令信號(hào)和反饋信號(hào)，t_r為上升時(shí)間，t_f為控制的終止時(shí)間；綜合誤差性能指標(biāo)J₁考慮了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度、相對(duì)穩(wěn)定性和收斂性的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流伺服系統(tǒng)控制參數(shù)穩(wěn)定域求解方法，其特征在于：在步驟(III)中，約束優(yōu)化問(wèn)題被描述為：

服從

式中，為可調(diào)參數(shù)向量，和S_i(i＝1,2)分別為目標(biāo)函數(shù)和穩(wěn)定性約束；在參數(shù)空間內(nèi)，穩(wěn)定邊界為目標(biāo)函數(shù)值等于約束的解集,即服從