[发明专利]一种伺服系统滑模控制器参数整定方法

说明书

技术领域

本发明为一种伺服系统滑模控制器参数整定方法，属于运动控制领域。

背景技术

滑模控制(SlidingModeControl)，由前苏联学者于上世纪50年代提出。其本质上是一种不连续的非线性控制方法，最大的特点便是使控制器结构随时间变化，在系统的动态过程中，根据设定好的当前状态(例如偏差，输出及不同阶次的导数)，按照预设的算法改变控制器的结构和输出，保证系统待控制量在预设条件下在期望的状态轨迹上做小幅度往复运动，可以保证系统在参数变化以及外加扰动时具有优良的鲁棒性。

在复杂伺服系统中，存在诸如驱动饱和，外力干扰，电机推力波动等非线性因素，对于负载及温度变化敏感，会有参数的变化，机械谐振以及测量噪声，这些因素无法精确的建模。滑模控制器解决了这个问题，滑模控制器抗扰动抗参数变化的特性优良，适合用于复杂伺服系统中。但是由于系统中存在着时间、空间滞后，测量不精确，惯性环节，使得采用滑模控制的系统会出现抖振现象，合理选择参数抑制抖振和优化系统动态响应对于滑模控制器在工程中的应用具有很高的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种伺服系统滑模控制器参数整定方法，是为了解决滑模控制器的抖振问题和优化滑模控制器的动态性能的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种伺服系统滑模控制器参数整定方法，它的方法步骤为：

步骤一：根据伺服系统的机械和电气结构建立伺服系统传递函数模型，获取模型中所需的参数，所述参数包括：电机所受阻力，电机负载大小，电机反电动势常数，电机转矩常数，电枢回路电阻，电枢电感，根据实际被控制电机的结构选择上述相对应的参数；

步骤二：根据伺服系统模型和采用的滑模控制器搭建相应的系统simulink仿真模型，留出粒子群优化算法所需的输入和输出接口；

步骤三：根据位置跟踪误差和速度跟踪误差需求，选用合适的适应度函数，设为其中参数k_v和k_s为不小于0的数，表示速度误差和位置误差的权重，e_v表示速度误差，e_s表示位置误差，t₀为适应度函数评估的起始时刻，t₁为适应度函数评估的终止时刻；

步骤四：结合simulink模型的接口和适应度函数，在matlab中编程对粒子群进行优化，初始化粒子群的粒子数m，最大迭代次数N，搜索空间的维数D设为3，对应3个待优化参数c，k和ε，空间搜索范围对应到3个参数分别为[c_min，c_max]、[k_min，k_max]和[ε_min，ε_max]，学习因子c₁、c₂的值都设为2，习惯性权重w取0.6，粒子位置矢量和速度矢量初始值由随机过程得到，粒子位置矢量的三个维度分别对应三个待优化参数c，k和ε，局部及全局最优位置矢量初始值P_i及P_g由粒子初始位置代入适应度函数计算得到；

步骤五：将位置矢量对应的c，k和ε传入simulink仿真模型得到系统的位置误差和速度误差响应，根据适应度函数计算粒子的适应度值，如果该粒子的适应度值小于粒子之前的适应度值，则用该粒子的当前位置替换p_i；如果该粒子适应度值小于粒子群全局最优的适应度值，则用该粒子的位置替换p_g；