[发明专利]一种永磁同步直线伺服系统速度环PI-IP控制参数自校正方法

权利要求书

1.一种永磁同步直线伺服系统速度环PI-IP控制参数自校正方法，其特征在于，通过在永磁同步直线伺服系统中采用PI-IP控制器，并实时自动校正PI-IP控制器的参数，实现对永磁同步直线伺服系统的高性能速度控制，该方法包括以下步骤：

S1、提取永磁同步直线伺服系统的推力电流指令与直线速度反馈，建立速度环被控模型，并实时辨识速度环被控模型参数；

S2、基于速度环被控模型，预测k+j时刻永磁同步直线伺服系统的速度输出；建立李雅普诺夫评价指标，判断速度跟踪性能；

S3、简化李雅普诺夫评价指标增量函数，在稳定条件下得到PI-IP控制器的参数在线优化结果，实现速度环PI-IP控制器的控制参数自校正；

该方法中实时辨识速度环被控模型参数的方法为：

永磁同步直线伺服系统中，速度环被控模型的参数通过改进的递推经验频率参数估计法来在线辨识，其中，速度环被控对象模型的离散表达式为：

其中，a₁、a₂和b₁是要辨识的模型参数，ω_f为直线速度反馈，为推力电流指令；

其在线辨识过程可以通过如下方程组来进行：

H(k)＝H(k-1)-m^-1(k)H(k-1)×[ψ(k)β^T(k)Φ(k-1)+Φ^T(k-1)β(k)ψ^T(k)]H(k-1)+l^-1(k)m^-1(k)H(k-1)×[ψ(k)H(k-1)ψ^T(k)Φ^T(k-1)β(k)×β^T(k)Φ(k-1)-σ(k)ψ(k)ψ^T(k)]H(k-1)

其中，k为采样时刻，为待辨识的模型参数向量，为输入输出数据向量，H(k)为二次递推矩阵，其余中间变量如下：

Φ(k)＝[ψ(k-1),ψ(k)]^T

Y(k)＝[ω_f(k-1),ω_f(k)]^T

β(k)＝[1,1]^T×[x(k)x(k-1)+x(k-1)x(k-2)+x(k)x(k-2)]

σ(k)＝x^*(k)-β^T(k)Φ(k-1)H(k-1)Φ^T(k-1)β(k)

l(k)＝1+ψ^T(k)H(k-1)Φ^T(k-1)β(k)

m(k)＝l(k)+l^-1(k)σ(k)ψ^T(k)H(k-1)ψ(k)

x^*(k)＝x²(k)+x²(k-1)+x²(k-2)

其中，Φ(k)为输入输出历史与当前数据，Y(k)为输出历史与当前数据，β(k)为加权向量，σ(k)、l(k)、m(k)和均为参与递推运算的中间变量；

该方法中采用李雅普诺夫来实现PI-IP控制器的参数最优校正，其具体步骤如下：

(1)预测输出：结合永磁同步直线伺服系统速度环被控模型参数，预测k+1时刻系统的速度输出，得到预测速度误差，其推导过程如下：

e(k+1)＝ω_r(k+1)-ω_f(k+1)

其中，ω_r(k)为直线速度指令，为预测速度输出，ω_f(k+1)为实际速度输出，e_r(k+1)为预测速度误差，e(k+1)为实际速度误差；

(2)建立李雅普诺夫评价指标：通过更新速度环PI-IP控制参数，使得速度预测输出和速度指令保持一致，其评价指标函数表示为：

其中，λ是一个正实数；

(3)PI-IP控制参数在线自校正：永磁同步直线伺服系统的加速度定义为α，优化李雅普诺夫评价指标增量函数，得到PI-IP控制参数在线学习过程；

其中，η(k)＝[η₁(k),η₂(k),η₃(k)]^T为参数矢量，其余中间变量如下：

e_u(k)＝[e(k),ω_r(k)-ω_r(k-1),ω_f(k-1)-ω_f(k)]