[发明专利]一种伺服系统的非线性补偿控制方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种非线性补偿控制方法，特别是一种伺服系统的非线性补偿控制方 法。

背景技术

伺服系统控制方法通常采用PID控制算法，PID控制算法是按偏差的比例、积分和 微分进行控制的一种算法，其控制简单、鲁棒性好、可靠性高，是目前应用最为广泛的控制 算法，但在实际应用中执行机构一般具有非线性，会使伺服系统产生控制误差。正弦指令信 号作为伺服控制系统中一种常见的指令类型，当正弦指令信号的幅频范围较宽时，常规PID 控制器很难适用于全频段范围，往往达不到理想的控制效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种伺服系统的非线性补偿控制方法，解决以往方法会使伺 服系统产生控制误差，很难适用于全频段范围，达不到理想的控制效果的问题。

一种伺服系统的非线性补偿控制方法的具体步骤为：

第一步搭建非线性补偿控制系统

非线性补偿控制系统，包括：非线性模型建立模块、输出量确定模块和非线性补偿模 块。

非线性模型建立模块的功能为：确定伺服系统的非线性模型。

输出量确定模块的功能为：确定控制器输出量。

非线性补偿模块的功能为：对控制器输出量进行非线性补偿。

第二步非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型

非线性模型建立模块对伺服系统进行阶跃输入测试，通过限制最大控制器输出量0- 100%来确定伺服系统的速度，得到多组控制器输出量与速度的对应关系数据。对速度进行 归一化处理，当控制器输出量为100%时，速度为100%。然后对多个控制器输出量与归一化的 速度进行拟合。

伺服系统实际控制量与速度成线性关系，因此得到控制器输出量u与伺服系统实际控制量的关系，确定伺服系统的非线性模型：

（1）

公式（1）中，为伺服系统的非线性特性函数模型。

第三步输出量确定模块确定实际的控制器输出量

伺服系统的输入指令与反馈信号的差值为误差信号，输出量确定模块根据误差信号进 行PID运算，表示为：

（2）

公式（2）中，T为控制周期；为控制器比例系数；为控制器积分系数；为控制器微分系数；u(k)为第k个周期的控制器输出量；e(k)为第k个周期的误差信号；e(k-1)为第k-1个周期的误差信号；e(j)第j个周期的误差信号。

第四步非线性补偿模块对伺服系统进行非线性补偿

非线性补偿模块根据伺服系统的非线性模型，对第k个周期的控制器输出量进行非线 性补偿：

（3）

公式（3）中，为第k个周期补偿后的控制器输出量；为伺服系统非线性特性的反函数。

至此，完成了伺服系统的非线性补偿控制。

本发明通过在PID控制基础上，增加了非线性补偿方法，实现了一种智能的控制。 本发明原理简单、实用，可靠性较高，目前在某些型号的电动舵机系统中已得到应用。

具体实施方式

一种伺服系统的非线性补偿控制方法的具体步骤为：

第一步搭建非线性补偿控制系统

非线性补偿控制系统，包括：非线性模型建立模块、输出量确定模块和非线性补偿模 块。

非线性模型建立模块的功能为：确定伺服系统的非线性模型。

输出量确定模块的功能为：确定控制器输出量。

非线性补偿模块的功能为：对控制器输出量进行非线性补偿。

第二步非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型

非线性模型建立模块对伺服系统进行阶跃输入测试，通过限制最大控制器输出量0- 100%来确定伺服系统的速度，得到多组控制器输出量与速度的对应关系数据。对速度进行 归一化处理，当控制器输出量为100%时，速度为100%。然后对多个控制器输出量与归一化的 速度进行拟合。

伺服系统实际控制量与速度成线性关系，因此得到控制器输出量u与伺服系统实际控制量的关系，确定伺服系统的非线性模型：

（1）

公式（1）中，为伺服系统的非线性特性函数模型。

如下：

确定伺服系统的非线性模型：

第三步输出量确定模块确定实际的控制器输出量