一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法，所述方法首先采集辨识交流伺服系统模型所需要的电流与速度信号；其次，根据所采集的信号，辨识永磁同步电机交流伺服驱动系统的速度环被控对象模型，辨识出模型的参数；最后，根据模型的参数以及性能指标对伺服驱动器的控制参数进行寻优整定，以获得最优的控制参数。该自整定方法在伺服驱动器的速度环利用PDFF控制器取代传统的PI控制器，并自动地整定控制器的参数。该自整定方法利用递推最小二乘法来辨识被控对象的模型，在根据可行的性能指标，利用模式搜索算法对控制器参数进行寻优，得到最优的控制参数，使得伺服驱动系统具有良好的抗扰动能力、控制精度以及鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法
本专利技术属于交流伺服系统控制
，更具体地，涉及一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法。
技术介绍
装备制造业是国民经济和国防建设的基础产业，其发展水平决定了国民经济的发展水平。在现代科学技术飞速发展的影响下，制造业向着高性能、高精度、多品种、低成本等方向发展。由于目前高性能的数控系统一般都配置交流伺服系统，所以研究高性能的交流伺服系统，提升伺服控制系统对永磁同步电机的控制就成为了装备制造业快速发展的关键。交流伺服驱动器是交流伺服系统的控制核心，通常由位置环、速度环和电流环三个控制环组成。三环控制结构可以使伺服系统获得较好的动态跟随特性和抗干扰性能，一般而言内层控制环电流环的作用是提高系统的响应速度，及时抑制内部干扰，可以近似看作比例系数为1的比例环节。中间控制环速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，提高速度的稳定性，速度环的性能直接影响到整体伺服系统的性能。外层控制环位置环保证系统的动态跟踪性能和静态精度，保证伺服系统的稳定快速运行。传统的交流伺服系统一般采用PID(ProportionIntegrationDifferentiation，比例积分微分)调节器来完成控制过程，例如论文文献(仇国庆，罗宣林，王平，吴迪，杨志龙，PMSM伺服系统的PID控制器设计及仿真，重庆大学学报，2008,3(31))中对伺服系统的PID控制器做了详尽的描述，在其伺服系统速度控制策略中，速度调节器采用传统的PI控制器来实现。传统的交流伺服驱动器一般位置环采用P调节器，速度环采用PI调节器，电流环采用PI或P调节器。交流伺服系统的性能不仅取决于其采用的控制策略，而且取决于该伺服驱动器各控制环调节器中设置的控制参数。其控制参数的优劣直接影响伺服驱动器的性能。只有当交流伺服驱动器中设置的控制参数、采用的控制策略符合伺服驱动器当前的工况以及自身特性时，伺服驱动器才能发挥出最佳性能。但是，实际工作过程中，交流伺服系统的负载惯量、运动摩擦系数等因素常常会发生变化，会导致速度环的控制性能下降，因此常常需要工程调试人员对速度环的控制参数进行重新整定。但是由于实际工况的复杂性以及控制参数调试的繁琐，需要调试人员有较强的专业知识水平。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的是提供一种基于伪微分反馈与前馈(PDFF，PseudoDerivativeFeedbackwithFeedforward)的交流伺服系统速度环控制参数的自整定方法，伺服系统自整定方法是指根据伺服系统的固有特性以及工况自动优化伺服系统的控制参数，使其达到最优。该自整定方法在伺服驱动器的速度环利用PDFF控制器取代传统的PI控制器，并自动地整定控制器的参数。该自整定方法利用递推最小二乘法来辨识被控对象的模型，在根据可行的性能指标，利用模式搜索算法对控制器参数进行寻优，得到最优的控制参数，使得伺服驱动系统具有良好的抗扰动能力、控制精度以及鲁棒性。本专利技术提出了一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在每个采样时刻K从伺服驱动系统中采集电机转速ω(k)和电流值iq(k)，获得辨识交流伺服系统模型所需要的电流与速度信号；(2)根据所采集的电流与速度信号，辨识交流伺服驱动系统的速度环被控对象模型，获得模型的参数，其中速度环被控对象模型为iq(k)＝-m1iq(k-1)-m2iq(k-2)+n1ω(k-1)+n2ω(k-2)，m1，m2，n1，n2为待辨识速度环被控对象模型的参数；(3)根据步骤(2)中获得的速度环被控对象模型的参数以及性能指标对伺服驱动器的控制参数进行寻优整定，以获得最优的控制参数(Kvi，Kvp，Kvfr)，速度环根据所述控制参数按照公式Icmd＝(Kvi*∫(Vcmd-Vfb)dt+KvfrVcmd-Vfb)Kvp对电流环进行输入控制，其中Icmd表示速度环的输出电流，Vcmd表示速度环的指令速度，Vfb为速度的前反馈，Kvi为积分系数，Kvp为比例系数，Kvfr为前馈增益系数；其采用单纯形加速法来进行控制参数寻优，得到最优值(Kvi，Kvp，Kvfr)，其具体步骤如下：(3-1)在参数范围内选取不在同一三维平面上的四个参数点x0、x1、x2、x3构成的四面体作为初始的单纯形，其中，(3-2)计算x0、x1、x2、x3各参数点所对应的目标函数值f0、f1、f2、f3；(3-3)判断f0、f1、f2、f3之间差值的最大值是否小于设定的精度值ε，如果是，则参数寻优结束，取目标函数值f0、f1、f2、f3中最小值所对应的参数点作为最优参数；否则继续下一步；(3-4)获取f0、f1、f2、f3中的最大值及最大值fH所对应的点xH，并求取xH相对于除xH之外三参数点所构成平面的对称点xR；(3-5)计算xR所对应的目标函数值fR，若fR>fH，则跳到步骤(3-6)；否则跳到步骤(3-7)；(3-6)在xH与xR延长线上重新取一点xF，并计算xF所对应的目标函数值fF，若fF>fH，则将xF作为xR，并继续在xH与xR延长线上重新取一点xF并计算fF，直到fF<fH，然后取xF及x0、x1、x2、x3中除xH之外三参数点构成新的参数点x0、x1、x2、x3，并跳转到步骤(3-2)；(3-7)在x3与xR的连线上重新取一点xS，并计算fs，若fs>fR，则取xR及x0、x1、x2、x3中除xH之外三参数点构成新的参数点x0、x1、x2、x3，并跳转到步骤(3-2)；若fs<fR,则取xS及x0、x1、x2、x3中除xH之外三参数点构成新的参数点x0、x1、x2、x3，并跳转到步骤(3-2)；其中，所述目标函数的方程为：其中：JISE表示利用参数xk计算出来的积分平方误差值，其中N代表采样次数，o(i)取步骤(1)中获取的ω(i)，ores(i)根据以下被控对象的二阶模型公式ores(i)＝-m1ores(i-1)-m2ores(i-2)+n1o′(i-1)+n2o′(i-2)计算得到，其中m1，m2，n1，n2四个参数为步骤(2)中获得的速度环被控对象模型的参数，在上述公式中，当ores(i)的变量i小于等于0时，取ores(i)＝0。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(3-6)中在xH与xR延长线上重新取一点xF，具体为α≥1。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(3-7)中在x3与xR的连线上重新取一点xS，具体为α≥1。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中采集电机转速ω(k)和电流值iq(k)采用的激励信号为，伪随机二进制序列。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1、在速度环用PDFF控制器取代原有的PI控制器，使得控制更加灵活，能够充分利用PDFF中的前馈增益系数，提高控制器的鲁棒性和控制性能。2、递推最小二乘算法在被控对象的模型结构已知的情况下，可以通过采集的输入输出等激励信号来准确地辨识系统模型，算法易于实现，并且适合不同种类的工作环境。3、单纯形寻优算法简单易行，针对特定的目标函数能够快速的寻优得到最佳的控制参数，算法的复杂程度低，收敛速度快，能够方便地集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法，其特征在于，所述方法包括：（1）在每个采样时刻K从伺服驱动系统中采集电机转速ω(k)和电流值iq(k)，获得辨识交流伺服系统模型所需要的电流与速度信号；（2）根据所采集的电流与速度信号，辨识交流伺服驱动系统的速度环被控对象模型，获得模型的参数，其中速度环被控对象模型为iq(k)=?m1iq(k?1)?m2iq(k?2)+n1ω(k?1)+n2ω(k?2)，m1，m2，n1，n2为待辨识速度环被控对象模型的参数；（3）根据步骤（2）中获得的速度环被控对象模型的参数以及性能指标对伺服驱动器的控制参数进行寻优整定，以获得最优的控制参数(Kvi，Kvp，Kvfr)，速度环根据所述控制参数按照公式Icmd=(Kvi*Vcmd?Vfbdt+KvfrVcmd?VfbKvp对电流环进行输入控制，其中Icmd表示速度环的输出电流，Vcmd表示速度环的指令速度，Vfb为速度的前反馈，Kvi为积分系数，Kvp为比例系数，Kvfr为前馈增益系数。

【技术特征摘要】
1.一种基于PDFF的交流伺服驱动器控制参数自整定方法，其特征在于，所述方法包括：(1)在每个采样时刻K从伺服驱动系统中采集电机转速ω(k)和电流值iq(k)，获得辨识交流伺服系统模型所需要的电流与速度信号；(2)根据所采集的电流与速度信号，辨识交流伺服驱动系统的速度环被控对象模型，获得模型的参数，其中速度环被控对象模型为iq(k)＝-m1iq(k-1)-m2iq(k-2)+n1ω(k-1)+n2ω(k-2)，m1，m2，n1，n2为待辨识速度环被控对象模型的参数，k为采样时刻，表示此时的数据是第K次采样时刻采集的数据，其取值范围为[3,N]，N为采样次数；(3)根据步骤(2)中获得的速度环被控对象模型的参数以及性能指标对伺服驱动器的控制参数进行寻优整定，以获得最优的控制参数(Kvi，Kvp，Kvfr)，速度环根据所述控制参数按照公式Icmd＝(Kvi*∫(Vcmd-Vfb)dt+KvfrVcmd-Vfb)Kvp对电流环进行输入控制，其中Icmd表示速度环的输出电流，Vcmd表示速度环的指令速度，Vfb为速度的前反馈，Kvi为积分系数，Kvp为比例系数，Kvfr为前馈增益系数；其采用单纯形加速法来进行控制参数寻优，得到最优值(Kvi，Kvp，Kvfr)，其具体步骤如下：(3-1)在参数范围内选取不在同一三维平面上的四个参数点x0、x1、x2、x3构成的四面体作为初始的单纯形，其中，(3-2)计算x0、x1、x2、x3各参数点所对应的目标函数值f0、f1、f2、f3；(3-3)判断f0、f1、f2、f3之间差值的最大值是否小于设定的精度值ε，如果是，则参数寻优结束，取目标函数值f0、f1、f2、f3中最小值所对应的参数点作为最优参数；否则继续下一步；(3-4)获取f0、f1、f2、f3中的最大值及最大值fH所对应的点xH，并求取xH相对于除xH之外三参数点所构成平面的对称点xR；(3-5)计算xR所对应的目标函数值fR，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，唐小琦，杨勇泉，郑世祺，陈天航，苏玲宏，代攀，唐玉枝，宛世源，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：