[发明专利]基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动控制技术领域的方法，具体是一种基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法。

背景技术

现代工业要求交流伺服系统具有很强的抗干扰能力，保证稳定工作，并达到期望的扭矩、转速和位移目标值，即系统对一切干扰要有充分的鲁棒性，因此采用合理有效的控制策略至关重要。工业应用中，位置环、速度环和电流环三闭环控制结构是交流伺服系统最常用的控制形式，而在每个控制环路中，PID控制是应用最多的控制器。PID控制器早在30年代末期就已经出现，正是由于PID控制器具有原理简单、使用方便、鲁棒性强等优点，使得它仍然是在电气传动和过程控制中应用最广泛的基本控制方式。虽然有很多文献谈及交流伺服系统的PID控制器设计，也提出了许多参数整定方法。但是在实际生产中，PID控制器的参数整定是一个耗时费力的过程。如何快速有效地调节控制器，如何使系统工作在最优状态并满足性能指标，达到系统性能和鲁棒性二者的平衡成为了亟待解决的热点问题。

现有的自整定控制器大致可以分为两类：一是基于测试的方法，通过一系列测试获得某些系统参数，在此基础上设计出高品质的控制器，如ZN法、改进ZN法等；另一种是基于模型的方法，即在系统模型结构已知的条件下，根据多次实验辨识对象模型参数，并在此基础上调节PID控制器。应指出的是，两种方法各有优劣，而如何取长补短成为一个研究热点，即基于测试的辨识方法，结合精确建模理论快速实现系统控制参数整定。1984年，和提出了继电反馈辨识的方法。该方法的实质是将继电器这一非线性环节接入闭环系统形成稳定极限环，通过快速有效地提取被控对象的临界信息，从而设计PID控制器。该方法自提出后，许多改进和扩展的继电反馈方法被相继推广开来。

经对现有的技术文献的检索发现，Jih-Jenn Huang在文献Automatic Tuningof the PID Controller for Servo Systems Based on Relay Feedback(the 26thAnnual Conference of the IEEE on Industrial ElectronicsSociety，IECON，2000，1445-1450vol.2)(基于继电反馈的伺服系统的PID参数自整定，2000年发表在IEEE电子学会第26届国际学术年会)中引入带迟滞的继电器对液压作动筒进行继电反馈实验，系统只需要短暂的激励之后，就能获得较优的PID控制参数。但是，这种方法只能适用于延时较大的伺服系统，如液压马达等，而对高响应速度的交流伺服系统无法形成稳定的振荡。另外PID参数的整定方法也不适用工业应用中的三环控制策略。而本发明将继电反馈技术和交流伺服系统的特性相结合，设计控制模块以缓解交流伺服系统PID参数整定的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法，该方法基于继电反馈辨识技术快速有效地实现交流伺服系统各个控制环路的PID控制参数整定。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在现有的电子控制设备或工控计算机中直接运行和实施，在线对交流伺服系统PID控制参数进行整定。本发明的实现分为两个阶段：

第一阶段，工作在驱动器的扭矩控制模式下，通过对系统在继电特性作用下的周期振荡信息进行分析，获得被控对象电流环参数，然后依照PID参数设定原则，计算速度环PID控制参数；

第二阶段，工作在驱动器速度控制模式下，通过对系统在继电特性作用下的周期振荡信息进行分析，获得被控对象速度环参数，然后依照PID参数设定原则，计算位置环PID控制参数；

本发明具体步骤如下：

步骤一：设置带延迟的饱和继电器各个参数，包括幅值h、继电斜率k和延迟模块D，将各个参数进行存储；

步骤二：选择“速度环参数整定”功能，此时继电辨识环节被接入到速度环闭环中；

步骤三：在继电非线性环节的作用下，建立起极限环。通过监控系统的输入输出信号，即u和y值，求出系统延迟d和极限振荡周期参数，即周期P_u和幅值a；