[发明专利]一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法

摘要

本发明公开了一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法，首先搭建包含计算机（1）、伺服驱动器（2）、电动缸（3）、多圈绝对位置传感器（4）、运动控制板（5）、SSI接口板（6）、电流控制模块（7）、转速控制模块（8）和位置控制模块（9）在内的电动缸伺服控制系统；然后根据自动控制原理及电动缸的参数对电流控制模块（7）、转速控制模块（8）的参数进行设定；再通过实验测定速度环的传递函数，并结合自动控制原理设定位置控制模块（9）的参数以完成对伺服电动缸控制参数的设定。由于采用实验的方式对速度控制环的参数进行了测量，因此位置控制环的参数较为准确，可以优化电动缸伺服控制系统的性能，减少参数调试的过程。

主权项

一种基于实验的伺服电动缸(3)控制器参数设定方法，其特征在于具体步骤为：第一步搭建伺服电动缸控制系统伺服电动缸控制系统，包括：计算机(1)、伺服驱动器(2)、电动缸(3)、多圈绝对位置传感器(4)、运动控制板(5)、SSI接口板(6)、电流控制模块(7)、转速控制模块(8)和位置控制模块(9)；运动控制板(5)和SSI接口板(6)安装在计算机(1)中，运动控制板(5)的输出端与伺服驱动器(2)的输入端连接，伺服驱动器(2)的输出端与电动缸(3)的输入端连接，多圈绝对位置传感器(4)与电动缸(3)的丝杠同轴连接，多圈绝对位置传感器(4)的输出端与SSI接口板(6)的输入端连接；电流控制模块(7)和转速控制模块(8)安装在伺服驱动器(2)中，位置控制模块(9)安装在计算机(1)中；电流控制模块(7)的功能是：根据电流指令，实现对电动缸(3)中电机电流的控制；转速控制模块(8)的功能是：根据转速指令实现对电动缸(3)中电机转速的控制；位置控制模块(9)的功能是：根据位置指令实现对电动缸(3)的伺服控制；第二步设置电流控制模块(7)的参数电流控制模块(7)的参数包括其内部比例积分环节的比例参数Kpi和积分参数Kii，其组成的比例积分环节的传递函数GPI(s)如式(1)所示；GPI(s)=Kpi+Kiis---(1)]]>而电流控制模块(7)对应的负载的传递函数GM(s)如式(2)所示；GM(s)=1Ls+R---(2)]]>其中L、R分别为电动缸(3)上电机的电感和电阻；根据自动控制原理对比例积分环节的参数进行设定，将电流控制环配置为一阶惯性环节，则按照式(3)对比例和积分参数进行设定，其中k为常数；Kpi=kLKii=kR---(3)]]>则电流控制环的传递函数GI(s)如式(4)所示；GI(s)=GPI(s)GM(s)1+GPI(s)GM(s)=ks+k---(4)]]>其中k根据频率响应的要求进行设定，当给定截止频率为fi时，则k设定如下：k＝2πfi                           (5)从而得到，电流控制环截止频率为fi时，电流控制模块(7)比例和积分参数的设定值设定如下：Kpi=2πfiLKii=2πfiR---(6)]]>第三步设置转速控制模块(8)的参数转速控制模块(8)参数包括其内部的比例参数Kpω和积分参数Kiω，其设置过程与电流控制模块(7)的参数设置过程相同，但速度控制环的响应速度远低于电流控制环，因此在设置转速控制模块(8)的参数时，认为电流控制环的传递函数GI(s)为1；当速度控制环的截止频率配置为fω时，比例参数Kpω和积分参数Kiω设置如下：Kpω=2πfωJKiω=2πfωD---(7)]]>其中，J为电机的转动惯量、D为摩擦系数；此时，转速控制模块(8)的传递函数近似为：Gω(s)≈kωs+kω---(8)]]>其中，kω＝2πfω；第四步测量速度控制环的精确参数计算机(1)控制运动控制卡，向伺服驱动器(2)给定式(9)中表述的正弦速度指令ωc；ωc＝A sin(2πft)                       (9)其中，A为正弦速度指令的幅值，f为给定频率，t表示时间；通过SSI接口板(6)读取电动缸(3)的位移，并提取频率为f的信号θc有如下的形式：其中B为对应频率f信号的幅值，为相位差；进而通过式(11)求取电机的转速；其中m为电机到丝杠的减速比，C＝2πfB；根据式(11)的相位差，推导出式(8)中的kω为：第五步设置位置控制模块(9)的参数位置控制模块(9)由比例积分控制环节和前馈控制环节组成，参数有比例参数Kpp和前馈参数Kfd，在位置控制模块(9)的作用下，位置控制环的传递函数Gp(s)如(13)式所示；Gp(s)=mkω(sKfd+Kpp)s2+kωs+kωKpp---(13)]]>按照自动控制原理，将上述二阶系统的阻尼系数设置为0.707，设置Kpp=kω/2Kfd=1---(14)]]>至此完成了基于实验的伺服电动缸(3)控制参数设定。