[发明专利]基于预测函数的交流伺服电机变论域模糊PI控制方法

权利要求书

1.一种基于预测函数的交流伺服电机变论域模糊PI控制方法，包括PI控制器、变论域模糊控制器和预测函数控制模块，其特征在于：所述PI控制器作为主控器，用于调节交流伺服电机转速；所述预测函数控制模块根据系统当前的输入指令、控制信号和反馈输出预测系统的未来状态；所述变论域模糊控制器以预测信息作为输入在线调整PI控制器的增益；设计变论域伸缩因子，利用预测信息超前在线调节变论域模糊控制器的论域，间接增加用于调整PI控制器增益的模糊规则。

2.根据权利要求1所述的一种基于预测函数的交流伺服电机变论域模糊PI控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，针对交流伺服电机控制系统的特性，对预测函数控制方程进行改进，用于预测系统未来的反馈速度ω_p(t+p)、反馈误差e(t+p)及反馈误差变化率Δe(t+p)；

步骤二，选择p步后的预测反馈误差e(t+p)和预测反馈误差变化率Δe(t+p)作为变论域模糊控制器的输入变量，其对应的模糊变量为E和ΔE；

步骤三，分析交流伺服电机的控制过程，基于PI控制参数在不同控制阶段的变化规律设计模糊规则；同时确定模糊控制器的隶属度函数和解模糊化策略，从而设计Mamdani型模糊控制器；

步骤四，设计伸缩因子，在线调整模糊输入论域；

步骤五，根据Mamdani型模糊推理法则进行模糊推理获得模糊输出量；

步骤六，对模糊输出量进行清晰化操作，将模糊输出转换为清晰值；

步骤七，修改PI控制参数，输出到被控对象，从而根据当前和未来的系统状态调节电机转速。

3.根据权利要求2所述的一种基于预测函数的交流伺服电机变论域模糊PI控制方法，其特征在于：步骤一的具体过程如下：

预测函数控制以一阶自回归模型作为交流伺服电机控制系统的预测模型：ω(t)＝aω(t-1)+bi_q(t-1)，式中，a和b是模型待辨识的参数，i_q(t-1)和ω(t-1)分别是交流伺服电机在t-1时刻的q轴输入电流和反馈输出转速，ω(t)是交流伺服电机在t时刻的输出转速；在交流伺服电机控制系统中，当预测时长不超过伺服系统的闭环响应时间时，q轴输入电流会保持不变，即i_q(t+i)＝i_q(t),i＝1,2,3......,p，式中，p为预测步长；

根据预测模型可得p步后交流伺服伺服电机的输出为：

利用t时刻之前的偏差信息，预测t+p时刻预测模型输出存在的偏差：

式中，H＝{h(t-j)＝ω(t-j)-ω_m(t-j)|j＝1,2,......,p}，h(t-j)是t-j时刻的偏差信息；W＝[w₀,w₁,...w_j...w_p-1]^T是偏差权重向量；

基于以上预测偏差，p步后交流伺服电机的预测输出被修正为：

ω_p(t+p)＝ω_m(t+p)+h(t+p)；

p步后交流伺服电机的反馈转速误差和误差变化率被预测为：

e(t+p)＝ω_r(t+p)-ω_p(t+p)，

Δe(t+p)＝e(t+p)-e(t+p-1)。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于预测函数的交流伺服电机变论域模糊PI控制方法，其特征在于：步骤二的具体过程如下：

将输入变量从自然论域映射到模糊论域其量化因子为η_e和η_Δe，相应的计算公式为：

式中，和分别为自然论域和模糊论域的最大值，x_i代表输入变量e(t+p)或Δe(t+p)，u_i代表模糊变量E或ΔE，k代表输入量化因子η_e或η_Δe且可以通过公式来确定。