[发明专利]一种伺服驱动控制器参数整定方法

说明书

本发明公开了一种伺服驱动控制器参数整定方法。本发明通过对系统的机械参数进行辨识，在辨识的机械参数的基础上计算系统振荡角频率ω_o，设计系统带宽调节系数α的值，从而可以获得剪切频率ω_c的值，并进而建立比例系数k_p与积分系数k_i的第一关系式；设计系统相位裕度γ的值，从而基于系统剪切频率ω_c以及系统相位裕度γ，建立比例系数k_p与积分系数k_i的第二关系式，根据所述第一关系式和第二关系式，求解出比例系数k_p与积分系数k_i的值，完成驱动控制器参数整定。本发明的伺服驱动控制器参数整定方法普适于单/双惯量结构的驱动系统，可以在保证系统传动安全的基础上，最大程度地增大系统带宽，并实现特定的动态指标要求。

技术领域

本发明涉及一种伺服驱动控制器参数整定方法，该方法普适于单惯量系统以及双惯量系统，属于伺服驱动控制器参数整定领域。

背景技术

在工业控制领域中，尽管大量新颖的人工智能算法不断涌现，大部分的控制环路仍旧采用经典比例微分积分(PID)控制。PID控制器参数整定的目标就是使系统运行在单惯量刚性传动模式下，避免机械振荡，使驱动侧的力矩输出尽可能无损地传递到负载侧，从而最大程度的保证传动的精确性与快速性。

传统的PID控制器参数整定的方法依赖于工程经验。在工程实际中，往往需要经验丰富的工程师进行二次调试。这样既费时又费力，不能满足现代工业生产的需求。因此，许多控制环路并不能达到用户所期望的响应性能。

从上世纪八十年代初期开始，市场上相继出现了具有控制器参数整定功能的商业化伺服产品，从而通过控制器参数整定来克服控制器调参机制过多依赖于工程经验的缺陷，以满足现代工业生产的需求。

PID控制器的核心在于控制参数的整定，伺服系统是否具有在线控制器参数整定能力，其整定过程是否快速、准确，是评价伺服技术优劣的重要指标之一。因此，参数整定技术的普适性与高效性两方面受到越来越广泛的关注。

PID参数整定方法大致分为两类：基于模型的整定法和基于规则的整定法。但是，现有的PID参数整定方法都存在一定的缺陷。比如，模型法虽然控制效果较好，但是，对系统模型的精确度提出了较高的要求，通常需要结合系统辨识来实现，计算量大。而规则整定法虽然无需系统数学模型，以系统实际响应性能为依据，通过使某一性能指标评价函数最小来改变控制参数，但是，其整定过程类似有经验的操作者手动整定，因此，整定规则和控制参数预置范围的设定至关重要也尤为困难。而且，由于规则法存在一定程度的随机性，导致整定过程中引起系统振荡或整定过程无法结束，因此，此类方法并不具有技术优势。因此，有必要设计一套针对伺服系统的参数整定方案，以克服上述缺陷。

而且，现有的伺服PI控制器参数整定技术均以单惯量模型为被控对象，调参过程存在随机性与不可靠性，并不能完全避免机械振动的激发。而伺服驱动系统中弹性传动装置的引入不可避免导致机械振荡现象，这一弊端对控制系统的性能要求首先提出了安全性指标。由于控制系统的安全性作为追求其他伺服性能的基本保证和重要前提，是评定控制策略优劣的首要指标，因此，有必要设计一套针对伺服系统具有普适性的参数整定方案，使其不仅适用于单惯量模型，也适用于双惯量模型，以期提高控制系统的安全性。

发明内容

本发明旨在提出一种伺服驱动控制器参数整定方法，以改进传统基于单惯量系统的模型法频域控制器参数整定技术中，调参复杂、不确定性大且难以保证系统安全等问题，同时兼顾伺服传动安全与动态指标，普适于单惯量系统以及双惯量系统。

本发明公开一种普适于单惯量系统以及双惯量系统的控制器参数整定方法。该方法根据系统速度环开环频率特性，分析振荡频率与系统带宽的关系以及系统传动安全的临界条件，并重点研究剪切频率和相位裕度的设计方案，使系统等效为不激发振荡的单惯量刚性结构，以满足动态指标要求。