[发明专利]一种伺服系统电流环控制参数自整定方法

摘要

本发明公开了一种伺服系统电流环控制参数自整定方法，使电机转子堵转；t＝0时刻，对所有粒子初始化；随机给定电流环初始控制参数P＝x，输入周期方波信号，计算粒子i的适应度；根据公式计算群体适应度方差；判断算法是否满足收敛条件；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值是否为全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；根据相同整定的结构，在确定伺服系统最优P值之后，整定系统I、D值；校验伺服系统整体电流闭环响应特性。

主权项

1.一种伺服系统电流环控制参数自整定方法，其特征在于，所述伺服系统电流环控制参数自整定方法包括以下步骤：电机转子堵转，输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；随机给定电流环初始控制参数P＝x，通过ADC采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；则根据公式计算群体适应度方差；判断粒子群优化算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优P值之后，整定系统I、D值；最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性；根据公式计算群体适应度方差中，具体包括：如果粒子i的适应度f_i优于自身个体极值p_best的适应度f(P_best)，就用粒子当前的位置x_i替换p_best；如果当前进化代数中，粒子i的适应度f_i优于全局极值g_best的适应度f(g_best)，就用粒子当前位置x_i替换全局极值g_best；如果满足收敛条件，根据公式(4)、(5)计算群体适应度方差δ²；群体适应度方差定义为下式：式中n为粒子数，f_i为第i个粒子适应度，f_avg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：f＝max{1,max|f₁‑f_avg|},i∈[1,n]  (5)；所述伺服系统电流环控制参数自整定方法进一步包括以下步骤：电机转子堵转，消除d轴电流反向电动势的影响；在方波信号作用下，分析q轴一个周期T电流环PID参数；分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,T/2]、低电平区间[T/2,T]；电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e₁(t)表示，低电平区间电流响应函数用e₂(t)表示；ITAE整定准则表达式为t表示时间，|e′(t)|表示电流方波信号函数实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过ADC采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1,n]；按照粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用f_i表示，当f_i<2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，粒子群优化算法公式如下：x(t+1)＝wx(t)+c₁r₁(p_best‑x(t))+c₂r₂(g_best‑x(t))；w＝(w_max‑w_min)×exp(‑β(t/T_max)²)+w_min；式中w为惯性权重，初始值取0.8，c₁、c₂为常数2，r₁、r₂为分布于[0,1]范围内的随机数，p_best为粒子本身找到的最优解，全局极值g_best为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：式中n为粒子数，f_i为第i个粒子适应度，f_avg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：f＝max{1，max|f₁‑f_avg|}；如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：g_best＝g_best×(1+τ×0.5)τ为服从标准正态分布的随机变量，对g_best执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；在确定最优伺服系统控制参数P值后，分别使D值取0，整定I值，I值取0，整定D值；对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定；ITAE模糊准则表达为：惯性权重调整策略为：进化前期使用较大惯性权重，保证全局性；进化后期使用较小惯性权重，保证局部最优性；伺服控制系统包括:上位机,与伺服驱动器通讯,用于发送或接收系统参数,发送速度信号；伺服驱动器,根据速度值调节伺服系统的转速,将伺服系统实际速度值反馈给上位机；上位机，用于通过人机界面输出实际速度值；执行机构，用于按照伺服驱动器指令将电能转化为机械能。