[发明专利]一种伺服电机速度控制器增益参数自整定的方法

说明书

本发明公开了一种伺服电机速度控制器增益参数自整定的方法，该方法通过以下四步解决了现有技术自整定过程复杂和自整定效果不足的问题。具体为：首先为伺服系统规划正弦形式的电流信号，根据伺服电机速度方程的频域形式计算负载惯量比；然后根据伺服系统速度闭环特性建立比例增益和积分增益的关系，并搜索最大增益参数；在此基础上自动生成增益等级表；最后根据负载惯量比和增益等级表计算速度控制器实际增益。本发明方法具有自整定执行简单和自整定效果好的优点。

技术领域

本发明涉及一种参数自整定的方法，具体涉及一种伺服电机速度控制器增益参数自整定的方法，属于伺服控制技术领域。

背景技术

伺服电机作为一种机械执行机构，广泛应用于机械制造、工业机器人、航空航天等工程领域。以伺服电机为基本部件的伺服系统作为现代工业生产设备的重要驱动部件之一，是工业自动化不可缺少的重要基本技术。

在工程应用中，一个产品化的伺服驱动器会固化一组调节器参数提供给用户使用。但是针对不同电机，不同供电环境，这组参数适应性不同，很有可能不能正常工作或达不到理想的性能指标。这种情况下用户要自行调试或者工程人员要出差现场。现在考虑能不能采用一种方法，使得伺服驱动器能够根据工况，包括电源、电机的信息自动整定出一组合适参数，这样将大大减少劳动的成本，为用户使用提供方便。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节，该过程需要耗费很多时间与精力的工作。如果伺服单元可以通过几次试运行，自动将系统的参数整定为满足当前工作环境要求的相对最优的参数，对于使用伺服单元的用户来说，这是新型伺服系统最具吸引力的特点之一。

伺服系统现有自整定技术中，对于速度控制器参数的自整定方法可分为两种：第一种是基于经验的自整定方法，具体是模拟工程师调节参数的思路，让伺服驱动器按照某种遍历规律自动寻找评价最优的参数；另一种是基于模型的自整定方法，具体是建立伺服电机的理论模型，然后基于时域或者频域的方法，由模型计算速度控制器参数。第一种方法的优点是思路简单、易于实现，较容易获得一组较优的速度控制器参数，缺点是整定时间过长，很难找到适用于各种工况的参数评价标准；第二种方法的优点是在精确建模的前提下能够精确获得使得伺服系统获得高性能的控制参数，缺点是难以建立伺服系统各场合时的精确模型，在建模不准时，自整定参数的控制性能会受到很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种伺服电机速度控制器增益参数自整定的方法，改善了现有伺服系统参数自整定技术的整定效果，缩短了自整定技术的整定时间。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种伺服电机速度控制器增益参数自整定的方法，包括如下步骤：

步骤1，给伺服系统规划正弦形式的电流信号，得到伺服系统的转速幅值，根据伺服电机速度方程的频域形式计算负载惯量，根据负载惯量和伺服系统本体惯量得到负载惯量比；

步骤2，对伺服电机执行速度闭环控制，根据伺服系统的速度闭环特性，建立速度控制器比例增益参数和积分增益参数的关系，将比例增益参数从初始值开始，每隔固定增益时间间隔增加一个增益刻度，当比例增益参数增加到使伺服电机的转速超过震荡临界值时，记此时的比例增益参数为临界震荡比例增益；

步骤3，根据步骤2比例增益参数的初始值、固定时间间隔、增益刻度以及比例增益参数和积分增益参数的关系，生成包含增益等级-比例增益参数-积分增益参数的增益等级表；

步骤4，根据负载惯量比和增益等级表计算速度控制器的实际比例增益参数和实际积分增益参数。

作为本发明的一种优选方案，步骤1所述负载惯量的计算公式为：

其中，J_L为负载惯量，K_t为伺服系统的转矩系数，|I|为电流幅值，f为电流频率，|ω|为伺服系统的转速幅值。