[发明专利]一种伺服系统控制回路增益的整定方法

说明书

一种伺服系统控制回路增益的整定方法，伺服系统在往复运动中自动整定伺服控制回路增益参数，分为位置环控制回路与速度环控制回路的增益参数整定；在整定开始前，首先确定简化的负载模型参数，即确定负载的转动惯量J，然后进行末端低频抖动检测与抑制，再进行速度环控制回路增益参数整定，最终进行位置环控制回路增益参数整定。本发明方法使得伺服系统能够在往复运动中自动整定伺服控制回路增益参数，包括位置环比例增益Kp、速度环比例增益Kv、速度环积分时间常数Ti和转矩滤波时间常数Tf；并且完成负载末端的低频抖动抑制以及机械谐振的抑振，有效简化了伺服系统的调谐过程，提高了自动化与智能化水平。

技术领域

本发明属于伺服系统控制技术领域，为一种伺服系统控制回路增益的整定方法。

背景技术

在实际应用中，受伺服电机与负载的联接机构、负载转动惯量、机械谐振等因素的影响,需要经常调整伺服系统控制回路的增益参数，以满足系统稳定性、静态及动态的性能要求。由于伺服系统控制增益参数众多，且参数之间互相关联，这大大增加了现场应用调试的难度，不利于生产效率的提升。在此背景下，研究伺服系统增益参数的整定技术，并在伺服产品中实施相应的功能，可以大大降低伺服系统应用的技术门槛，提升自动化及智能化程度，创造良好的用户体验。

经对现有的技术文献的检索，发现三篇可供对比的专利文献。

对比文件1：上海交通大学的发明名称为《基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法》的专利，授权公告号为CN 101552589B。

对比文件2：上海新时达电器股份有限公司的发明名称为《电机伺服驱动器控制器参数自动调整装置及其方法》的专利，授权公告号为CN 101895252B。

对比文件3：苏州汇川技术有限公司的发明名称为《伺服电机系统增益参数自调整方法及系统》的专利，申请公布号为CN 104617845A。

对比文件1利用继电反馈法辨识出扭矩环和速度环的模型参数，然后使用速度环和位置环的PID参数整定准则计算公式，直接获得速度环比例增益参数、速度环积分增益参数和位置环比例增益参数。其中PID参数的整定结果完全取决于扭矩环及速度环的模型参数，对于模型参数辨识的精度要求高；另一方面，由于缺乏参数的评价机制，当辨识参数与实际参数有偏差时，无法实现控制器PID参数的校正。

对比文件2引入了参数优化器与参数检验器两个环节，利用参数优化器中的计算公式进行速度环控制器和位置环控制器的参数调整，通过参数检验器对整定后参数进行校正；专利中参数的优化准则较依赖于经验参数，面对各种不同的工况，经验参数的通用性有待商榷；另一方面专利未考虑机械谐振的抑制处理。

对比文件3在软件中预先设置了刚性等级表，该表由位置环比例增益、速度环比例增益、速度环积分增益和低通滤波器时间四组参数构成。逐步提高刚性等级，与此同时进行振动检测，若过程中遇到机械共振，则开启陷波滤波器抑振，确定最高的刚性等级。当在采用所述最高刚性等级的参数运行时，若系统出现超调或者抖动等情况，专利仅对速度环积分增益参数进行微调处理，而不对位置环增益参数进行调整；另一方面，对于负载柔性引起的末端抖动，专利亦未作针对性的处理。

发明内容

针对现有伺服系统控制回路增益整定机制的上述缺陷，本发明提出一种改进方法，使得经过整定后控制增益参数更加适用于实际的工况。

本发明的技术方案为：一种伺服系统控制回路增益的整定方法，伺服系统在往复运动中自动整定伺服控制回路增益参数，分为位置环控制回路与速度环控制回路的增益参数整定；在整定开始前，首先确定简化的负载模型参数，即确定负载的转动惯量J，用于匹配速度环控制回路中的负载转动惯量比Jt；然后进行末端低频抖动检测与抑制，用于获得更好的定位效果；再进行速度环控制回路增益参数整定，与此同时实现机械谐振的抑制；最终进行位置环控制回路增益参数整定。

具体步骤如下：