[發明專利]一種交流伺服系統控制參數穩定域求解方法

有效

• 申請號: 202011452824.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112486100B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）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（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種交流伺服系統控制參數穩定域求解方法，包括分析交流伺服系統的可調控制參數；確定與系統穩定性相關的性能指標及穩定裕度，并將其轉換為約束優化問題的目標函數和所求穩定邊界；在原有深度優先遍歷算法的基礎上，采用變步長訪問機制和適應度評判準則對其進行改進，獲得改進深度優先遍歷算法；編制所述優化算法的實現程序，自動求解交流伺服系統的控制參數穩定域并驗證。改進的深度優先遍歷算法能夠自動求解交流伺服系統的穩定控制參數，從而保證了系統的安全平穩運行或者為最優控制的提供了可靠的參數集，相對于現階段的參數穩定域求解方法，易于實現，獨立于系統模型，能夠適用于具有不同的控制器和動態特征的各類交流伺服系統。

技術領域

本發明涉及交流伺服系統控制參數優化領域，尤其涉及一種基于深度優先遍歷的交流伺服系統控制參數穩定域求解方法。

背景技術

憑借響應快、精度高、調速范圍寬和可靠性高等優點，交流伺服系統在數控機床、工業機器人、醫療器械、汽車工業等領域得到了廣泛應用。在交流伺服系統中，通常存在著一組影響系統的性能可調控制參數。通過不同的參數配置，伺服系統可以調節被控設備的精度、響應速度、穩定性和魯棒性，從而影響產品質量、生產效率和成本等。因此，如何合理設置交流伺服系統的控制參數已成為高性能自動化設備的設計和應用中的關鍵問題之一。

雖然交流伺服系統中存在著多種性能指標，但閉環穩定性是其發揮所求控制效果的前提條件，是確保其實用性的最基本需求。作為性能優化設計中的關鍵環節，交流伺服系統控制參數穩定域求解問題得到了相關從業人員的廣泛研究。一些文獻基于D分解理論提出了各類圖形化整定策略，其通過分析閉環系統的特征方程確定參數空間內的穩定邊界軌跡。然而，現有的穩定域求解策略主要針對于線性PID控制系統，對非線性系統或者其他控制結構的系統，則顯得無能為力。

實際的交流伺服系統不可避免地存在著各類非線性動態，其特征方程的構建是件復雜耗時甚至難以實現的過程。此外，隨著性能需求的逐漸提升和工況的日益復雜化，傳統的線性PID控制及其整定策略已難以滿足需求。為此，部分高性能交流伺服系統開始采用分數階PID或模糊控制等先進非線性控制策略。然而，上述非線性交流伺服系統的控制參數穩定域求解仍是一項亟待進一步研究的任務。在此背景下，開發一種通用的穩定域求解方法，對使用復雜控制結構的非線性交流伺服系統，無疑具有十分重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于深度優先遍歷的交流伺服系統控制參數穩定域求解方法。該方法可以利用搜索算法自動尋優滿足給定穩定性約束的控制參數，旨在解決現有穩定域求解策略依賴于系統模型難以適用于非線性復雜控制結構的問題。此外，對傳統的深度優先遍歷算法進行改進，以降低尋優算法的運算負擔，提高整定效率。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

本發明一種基于改進深度優先遍歷的交流伺服系統控制參數穩定域求解方法，包括以下步驟：

(I)分析交流伺服系統的可調控制參數；

(II)確定與系統穩定性相關的性能指標及穩定裕度；

(III)將穩定性指標轉換為約束優化問題的目標函數，將穩定裕度轉換為參數空間或目標空間內的穩定邊界；

(IV)在原有深度優先遍歷算法的基礎上，采用變步長訪問機制和適應度評判準則對其進行改進，獲得改進深度優先遍歷算法；

(V)構建交流伺服系統的仿真模型；

(VI)編制所述優化算法的實現程序，自動求解交流伺服系統的控制參數穩定域；

(VII)在實際交流伺服系統中進行驗證。

進一步地，在步驟(II)中，選擇系統暫態性能指標中的超調量M_p和調整時間t_s來分別表征交流伺服系統的相對穩定性和收斂性，同時設計如下綜合誤差性能指標：