[发明专利]一种基于继电器位置反馈时域特征的伺服系统辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种基于继电器位置反馈时域特征的伺服系统辨识方法。

背景技术

随着科学技术的发展，高性能运动控制算法被广泛地应用于高端伺服设备的研发中，如自学习算法、自适应鲁棒控制、变结构控制和干扰观测器等。然而，这些高性能控制算法大多数是基于模型设计开发的。高精度的辨识方法不仅可以让我们清晰了解被控伺服系统特征，而且易于提高被控伺服系统的运动性能。因此，高精度的伺服系统模型辨识方法成为控制领域开发设计人员关注的热点。

继电反馈辨识方法是由和于1984年提出的，并在随后的学习和研究中得到广泛的应用。W.Luyben归纳了这种方法并称之为ATV（变量自动调谐）方法，这种方法后来成为继电反馈实验中辨识参数的标准方法。这种辨识方法最早广泛应用于过程控制中，如化学和大气物理学实验中。因为被控对象的特性中含有较大的延时，便于继电反馈实验的实现和应用。相比化学和大气物理学，伺服系统的延时很小，有时候很难激起振荡，这种有效的模型辨识方法被暂时搁浅了。近年来，随着人工延时技术（Artificial Delay Time）的引入，继电反馈辨识方法开始在伺服系统中得到应用并取得一定的成果，如驱动器自调谐技术设计开发、伺服系统自整定控制研究和高性能运动控制算法研究等。

然而，以往的继电反馈方法多是基于描述函数法获取被控对象的模型，如中国专利申请号为200910051179.2，名称为“基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法”和中国专利申请号为201010131841.8，名称为“基于继电反馈的伺服系统控制方法”中使用的模型辨识方法。这类基于描述函数法的继电反馈辨识方法本身在频域中进行了有效近似，进而影响了被控伺服系统的模型辨识精度。

经检索发现，J.Liu等在文献“Servo system identification using relay feedback:A time-domain approach”(Transactions of the ASME-B-Journ Manufacturing Science Engineering,vol.134,no.6,p.061012,2012.)中提出了一种基于继电器速度反馈信息的时域辨识方法。该方法通过将振动赋值和周期精确表述，有效避免了描述函数法中的近似，获得了更高的模型辨识精度。然而，这种方法没有考虑速度反馈中的量化误差带来的影响。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于继电器位置反馈时域特征的伺服系统辨识方法，不仅能有效避免描述函数法中的近似处理，而且还能抑制继电速度反馈时域辨识方法中量化误差带来的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于继电器位置反馈时域特征的伺服系统辨识方法，包括以下步骤：

（1）参数设置步骤

（1a）设置继电器模块的参数人工延时D和初始幅值h；

（1b）设置实验参数采样时间ST和总的测试时间T；

（2）进行继电器位置反馈实验步骤

在测试时间T内，利用人为延时D和初始幅值h进行继电器位置反馈实验，并记录相应的实际位移振荡曲线；

（3）测量实际位移的振荡幅值和振荡周期的步骤

通过均值方法测量实际位移振荡曲线的振荡幅值为a和振荡周期为T′(T′＝2T_u)。

（4）计算伺服系统模型及其参数的步骤

（4a）采用二阶模型作为伺服系统的模型，其待测模型参数为系统增益k和时间常数τ；

（4b）根据继电位置反馈输入和输出信号的时域信息，计算出模型时间常数τ：