[发明专利]一种伺服系统滑模控制器参数整定方法

摘要

一种伺服系统滑模控制器参数整定方法。本发明属于运动控制领域。它的方法步骤一：根据伺服系统的机械和电气结构建立伺服系统传递函数模型，获取模型中所需的参数；二：搭建相应的系统simulink仿真模型，留出粒子群优化算法所需的输入和输出接口；三：根据位置跟踪误差和速度跟踪误差需求；四：在matlab中编程对粒子群进行优化；五：将位置矢量对应的c,k和ε传入simulink仿真模型得到系统的位置误差和速度误差响应；六：对每个粒子的速度和位置进行更新；七：当k达到设定的最大迭代次数后，结束迭代过程，输出优化结果，否则返回步骤五；八：将全局最优位置矢量代入伺服系统滑模控制器。本发明能实现抖振的幅值最小或者抖振完全消除，跟踪误差达到最小。

主权项

一种伺服系统滑模控制器参数整定方法，其特征在于它的方法步骤为：步骤一：根据伺服系统的机械和电气结构建立伺服系统传递函数模型，获取模型中所需的参数，所述参数包括：电机所受阻力，电机负载大小，电机反电动势常数，电机转矩常数，电枢回路电阻，电枢电感，根据实际被控制电机的结构选择上述相对应的参数；步骤二：根据伺服系统模型和采用的滑模控制器搭建相应的系统simulink仿真模型，留出粒子群优化算法所需的输入和输出接口；步骤三：根据位置跟踪误差和速度跟踪误差需求，选用合适的适应度函数，设为其中参数k_v和k_s为不小于0的数，表示速度误差和位置误差的权重，e_v表示速度误差，e_s表示位置误差，t₀为适应度函数评估的起始时刻，t₁为适应度函数评估的终止时刻；步骤四：结合simulink模型的接口和适应度函数，在matlab中编程对粒子群进行优化，初始化粒子群的粒子数m，最大迭代次数N，搜索空间的维数D设为3，对应3个待优化参数c,k和ε，空间搜索范围对应到3个参数分别为[c_min,c_max]、[k_min,k_max]和[ε_min,ε_max]，学习因子c₁、c₂的值都设为2，习惯性权重w取0.6，粒子位置矢量和速度矢量初始值由随机过程得到，粒子位置矢量的三个维度分别对应三个待优化参数c,k和ε，局部及全局最优位置矢量初始值P_i及P_g由粒子初始位置代入适应度函数计算得到；步骤五：将位置矢量对应的c,k和ε传入simulink仿真模型得到系统的位置误差和速度误差响应，根据适应度函数计算粒子的适应度值，如果该粒子的适应度值小于粒子之前的适应度值，则用该粒子的当前位置替换p_i；如果该粒子适应度值小于粒子群全局最优的适应度值，则用该粒子的位置替换p_g；步骤六：对每个粒子的速度和位置进行更新，第k次循环时，此时的第i个粒子位置矢量为飞行速度为当前粒子个体最优位置为p_i＝(p_i1,p_i2,...,p_iD)，当前全局最优位置为p_g＝(p_g1,p_g1,...,p_gD)，则第k+1次循环时，第i个粒子速度各维可由以下方程确定：$v_{id}^{k+1}={\mathrm{wv}}_{id}^k+c_1{r}_1(p_{id}-x_{id}^k)+c_2{r}_2(p_{gd}-x_{id}^k),$位置矢量迭代各维为$x_{id}^{k+1}=x_{id}^k+v_{id}^{k+1},$其中r₁和r₂为0到1之间的随机数，d为维数，取值从0到D；步骤七：当k达到设定的最大迭代次数后，结束迭代过程，输出优化结果，否则返回步骤五；步骤八：将优化得到的最佳参数即迭代结束后的全局最优位置矢量代入伺服系统滑模控制器，将伺服系统滑模控制器应用到伺服系统，检查系统的各项性能指标是否满足要求，如果性能指标满足则整定过程结束，否则，进入下一轮优化直到满足为止。