[發明專利]一種用于伺服系統辨識與控制器設計的方法

有效

• 申請號: 202110284725.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113110021B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王孝洪;任連新;李永順;翟名揚;黃淇松;鄭立楷;吳春臺
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種用于伺服系統辨識與控制器設計的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對工作在轉速、電流反饋控制的伺服系統，根據其輸入輸出特征，確定合適的辨識模型來描述伺服系統的脈沖傳遞函數并假定伺服系統階數；

S2、根據對建模時辨識精度的要求，施加激勵信號于伺服系統的轉速控制器輸入端；

S3、連續采集轉速控制器輸出的轉速反饋信號，用于構建樣本矩陣；

S4、利用最小二乘法，通過矩陣運算估計伺服系統模型參數并分離各個系數，得到所辨識伺服系統的高階模型；

S5、對伺服系統的高階模型進行降階，再對降階后的伺服系統模型擴增維數；

S6、為擴維后的伺服系統模型設計狀態觀測器；

S7、選取目標狀態，構成目標函數，設計并調節LQR控制器的參數；設計并調節LQR控制器的參數包括以下步驟：

LQR控制律求解，具體為尋找使指標函數最小的控制信號u(t)，指標函數如下：

其中，z為目標函數，u為被控對象控制信號，ρ為控制參數；目標函數z的表達式為：

其中，v為速度跟蹤輸出，為加速度，x₃為跟蹤殘差信號的積分；

求解黎卡提方程，如下式所示：

A^TP+PA+Q-PBR^-1B^TP＝0

進而得到狀態反饋系數K的表達式：

K＝R^-1B^TP

記P為經過辨識并降階后的伺服系統模型，表示為：

y_p＝C_px_p

其中，y為可測量的輸出信號；結合擴增維數后的伺服系統狀態空間方程，得狀態觀測器的觀測方程為：

其中，為觀測的狀態變量，為觀測的輸出，L_p為待確定矩陣；

由狀態空間方程與傳遞函數的轉換關系，得狀態觀測器的傳遞函數形式：

W(s)＝C_p[sI-(A_p-L_pC_p)]^-1B_p

則使得行列式|sI-(A_p-L_pC_p)|＝0的解s為狀態觀測器極點，調節L_P實現狀態觀測器極點配置，從而調節狀態觀測器性能；

S8、將得到的狀態觀測器參數和控制器參數代入原始的所辨識伺服系統的高階模型，校驗LQR控制器的控制效果；如果沒達到控制指標，返回至步驟S7，重新設計并調節參數；如果達到控制指標，則結束。

2.根據權利要求1所述的一種用于伺服系統辨識與控制器設計的方法，其特征在于，所述辨識模型具體為自回歸滑動平均模型；

所述描述伺服系統的脈沖傳遞函數具體為，采用自回歸滑動平均模型描述伺服系統的脈沖傳遞函數，即：

y(k)＝-a₀y(k-1)-...-a_ny(k-n)+b₀u(k-1)+...+b_nu(k-n)

其中，y為伺服系統輸出，u為伺服系統輸入，n為伺服系統模型階數，a₀...a_n、b₀...b_n為待求的伺服系統模型系數；

所述假定伺服系統模型階數具體為100階。

3.根據權利要求1所述的一種用于伺服系統辨識與控制器設計的方法，其特征在于，所述施加激勵信號具體為施加m序列，所述激勵信號的作用點為伺服系統轉速控制器的輸入端，激勵信號的數據長度為4096。