[发明专利]一种伺服系统控制参数整定方法及系统

权利要求书

1.一种伺服系统控制参数整定方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、对伺服系统进行参数辨识，得到系统的标称值，然后建立系统的全维状态观测器；

S2、设置伺服系统的跟踪控制参数；

S3、设置等价输入干扰估计器；

S4、设置一个系统输出阀值，超过阀值，对控制参数进行整定；若未超出阀值，则不需要整定控制参数；

步骤S1中，对整个伺服系统进行参数辨识通过最小二乘法实现，最终获得伺服系统状态空间方程表达式为：

全维状态观测器采用龙博格观测器：

其中，x(t)为n维的系统状态变量，u(t)为p维的控制输入向量，y(t)为控制输出，为观测器控制输入，为观测器输出，L为观测器增益，A、B、C均为根据所述标称值得到系统参数；

步骤S2具体包括：

为了确定伺服系统的跟踪参数，采取内模原理，建立内模状态方程：

式中r(t)为跟踪的目标，A_I、B_I及C_I为内模状态方程系数，x_I(t)、y_I(t)为内模的状态和输出，x_I(t)大小为m维；

令r(t)＝0，将内模与系统的状态方程结合，形成一个新的扩展状态，将此设为线性定常受控系统的状态方程：

采取无限时间定常状态调节器，二次型性能指标分别为：

式中，A、B是n维常数矩阵，Q是n+m维常数矩阵，R则是p维常数矩阵；而加权矩阵R＝R^T＞0,Q＝Q^T≥0，并且{A，D}完全可观测，这其中D是使DD^T＝Q成立的任意矩阵，从容许控制中确定一个最优控制u*(t)，以使性能指标达到最小；m、n、p均为大于1的正整数，且pm，pn；

输入线性受控系统状态方程的A、B和二次型性能指标的加权矩阵Q、R，求得最优输出调节系统的状态反馈矩阵状态反馈增益K_P和K_I；

步骤S3中，等价输入干扰估计器为：

其中，d_k(t)是假设的已知扰动模型，是用于估计的未知扰动，是经过滤波器F(s)之后得到的值，与为与的拉普拉斯变换，Δy(t)是系统输出与标称观测器输出之间的误差，是最终扰动的估计值，L为观测器增益；

伺服系统为最小相位系统，采用对偶系统的形式：

考虑到反馈增益有一个量度ρ＞0，此时只要保证就可以保证系统稳定；s是复频率，x_L(t)为对偶系统状态，u_L(t)为对偶系统输入，y_L(t)为对偶系统输出，L_ρ是根据量度ρ调整出来的，I是一个单位矩阵，维数与A矩阵一致；

选取一个性能指标根据预设的权值Q_L、R_L，在J_L最优时得到观测器的增益L；

等价输入干扰估计器中的滤波器F(s)为一阶低通滤波器，滤波器状态方程为：

根据滤波器状态方程得到其扩展状态其中

其中，k为d_k(t)的增益，B⁺＝(B^TB)^-1B^T。

2.根据权利要求1所述的一种伺服系统控制参数整定方法，其特征在于，步骤S4中，

伺服系统的目标输出y₀，设计一个规定的阀值h，其范围满足|h-y₀|＜Δh，假如系统输出不超过阀值，则不改变k值，若超过阀值，则提高k值，直到系统输出稳定在阀值以内；在改变k之前，需要判断矩阵是否稳定，当矩阵稳定，k值可以进行整定，当矩阵不稳定时，减小k值直到矩阵稳定为止。

3.一种伺服系统控制参数整定系统，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的伺服系统控制参数整定方法进行伺服系统控制参数整定。