[发明专利]一种交流伺服系统控制参数稳定域求解方法

说明书

本发明公开了一种交流伺服系统控制参数稳定域求解方法，包括分析交流伺服系统的可调控制参数；确定与系统稳定性相关的性能指标及稳定裕度，并将其转换为约束优化问题的目标函数和所求稳定边界；在原有深度优先遍历算法的基础上，采用变步长访问机制和适应度评判准则对其进行改进，获得改进深度优先遍历算法；编制所述优化算法的实现程序，自动求解交流伺服系统的控制参数稳定域并验证。改进的深度优先遍历算法能够自动求解交流伺服系统的稳定控制参数，从而保证了系统的安全平稳运行或者为最优控制的提供了可靠的参数集，相对于现阶段的参数稳定域求解方法，易于实现，独立于系统模型，能够适用于具有不同的控制器和动态特征的各类交流伺服系统。

技术领域

本发明涉及交流伺服系统控制参数优化领域，尤其涉及一种基于深度优先遍历的交流伺服系统控制参数稳定域求解方法。

背景技术

凭借响应快、精度高、调速范围宽和可靠性高等优点，交流伺服系统在数控机床、工业机器人、医疗器械、汽车工业等领域得到了广泛应用。在交流伺服系统中，通常存在着一组影响系统的性能可调控制参数。通过不同的参数配置，伺服系统可以调节被控设备的精度、响应速度、稳定性和鲁棒性，从而影响产品质量、生产效率和成本等。因此，如何合理设置交流伺服系统的控制参数已成为高性能自动化设备的设计和应用中的关键问题之一。

虽然交流伺服系统中存在着多种性能指标，但闭环稳定性是其发挥所求控制效果的前提条件，是确保其实用性的最基本需求。作为性能优化设计中的关键环节，交流伺服系统控制参数稳定域求解问题得到了相关从业人员的广泛研究。一些文献基于D分解理论提出了各类图形化整定策略，其通过分析闭环系统的特征方程确定参数空间内的稳定边界轨迹。然而，现有的稳定域求解策略主要针对于线性PID控制系统，对非线性系统或者其他控制结构的系统，则显得无能为力。

实际的交流伺服系统不可避免地存在着各类非线性动态，其特征方程的构建是件复杂耗时甚至难以实现的过程。此外，随着性能需求的逐渐提升和工况的日益复杂化，传统的线性PID控制及其整定策略已难以满足需求。为此，部分高性能交流伺服系统开始采用分数阶PID或模糊控制等先进非线性控制策略。然而，上述非线性交流伺服系统的控制参数稳定域求解仍是一项亟待进一步研究的任务。在此背景下，开发一种通用的稳定域求解方法，对使用复杂控制结构的非线性交流伺服系统，无疑具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于深度优先遍历的交流伺服系统控制参数稳定域求解方法。该方法可以利用搜索算法自动寻优满足给定稳定性约束的控制参数，旨在解决现有稳定域求解策略依赖于系统模型难以适用于非线性复杂控制结构的问题。此外，对传统的深度优先遍历算法进行改进，以降低寻优算法的运算负担，提高整定效率。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明一种基于改进深度优先遍历的交流伺服系统控制参数稳定域求解方法，包括以下步骤：

(I)分析交流伺服系统的可调控制参数；

(II)确定与系统稳定性相关的性能指标及稳定裕度；

(III)将稳定性指标转换为约束优化问题的目标函数，将稳定裕度转换为参数空间或目标空间内的稳定边界；

(IV)在原有深度优先遍历算法的基础上，采用变步长访问机制和适应度评判准则对其进行改进，获得改进深度优先遍历算法；

(V)构建交流伺服系统的仿真模型；

(VI)编制所述优化算法的实现程序，自动求解交流伺服系统的控制参数稳定域；

(VII)在实际交流伺服系统中进行验证。

进一步地，在步骤(II)中，选择系统暂态性能指标中的超调量M_p和调整时间t_s来分别表征交流伺服系统的相对稳定性和收敛性，同时设计如下综合误差性能指标：