一种交流伺服系统速度环控制器参数自整定方法

摘要

本发明公开了一种交流伺服系统速度环控制器参数自整定方法，该方法首先从电流的反馈信号和转速的反馈信号中，根据基于模型参考自适应的辨识机理辨识出当前系统的转动惯量；然后根据实际的动态要求以及执行器的输出性能确定性能指标；最后根据当前系统转动惯量的估计值以及性能指标计算出最优控制器的参数。该方法实现简单，参数调节较少，普适性强，对工况（转动惯量）变化较大的情况，有良好的适应性，能够满足高性能永磁同步电机交流伺服领域应用需求，适用于工况（转动惯量）变化剧烈的情况。

主权项

一种交流伺服系统速度环控制器参数自整定方法，其特征在于：该方法首先通过基于模型参考自适应辨识机理对永磁同步电机调速系统的转动惯量进行辨识，然后将辨识出来的惯量值代入系统的模型并建立性能指标，最后根据贝尔曼动态规划求解最优控制器；具体步骤如下：1)给定一个速度指令信号，根据下式，从q轴电流反馈信号i_q以及转速信号ω中辨识出电机当前工况下的转动惯量；$\hat{\omega }\left(k\right)=2\omega (k-1)-\omega (k-2)+\hat{b}(k-1)\Delta T_e(k-1)$$\hat{b}\left(k\right)=\hat{b}(k-1)+\beta \frac{{\mathrm{\Delta T}}_e(k-1)}{1+{\mathrm{\beta \Delta T}}_e^2(k-1)}\mathrm{\Delta \omega }\left(k\right)---\left(1\right)$$\hat{J}\left(k\right)=\frac{T_s}{\hat{b}\left(k\right)}$其中，ΔT_e(k)＝K_t[i_q(k)‑i_q(k‑1)]，ω(k)是第k个采样周期的转速值，是第k个采样周期的转速值的估计值，i_q(k)是第k个采样周期的电流值，β为正常数；2)采用的控制策略，得到速度环控制器；把电流环传递函数近似为常数1，系统的动力学方程可以表示为：$\stackrel{·}{\omega }=\frac{K_t{i}_q^{*}}{J}-\frac{\mathrm{B\omega }}{J}-\frac{T_L}{J}---\left(21\right)$其中，ω为转速信号，为q轴电流给定信号，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，n_p为磁极对数，ψ_f为转子磁链，系统的离散化模型可以表示为：$\omega \left(k\right)=(1-\frac{{\mathrm{BT}}_s}{J})\omega (k-1)+\frac{K_t{T}_s}{J}{i}_q^{*}(k-1)-\frac{T_s}{J}{T}_L(k-1)---\left(22\right)$其中，T_s为采样时间，系统的状态空间表达式为$\stackrel{·}{x}=\mathrm{ax}+\mathrm{bu}$                           (23)y＝cx其中，x为状态，$x^T=\left(\begin{array}{cc}\omega & \stackrel{·}{\omega }\end{array}\right);$y为输出量，y＝ω；u为控制量，$a=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ 0& -\frac{B}{J}\end{array}\right),$$b=\left(\begin{array}{c}0\\ \frac{K_t}{J}\end{array}\right),$c＝(1 0)；将步骤1)中得到的惯量的辨识值，代入(23)式，得到当前工况下的系统模型；建立性能指标H，见下式；$H=\frac{1}{2}{\int }_0^{\infty }({\mathrm{Qe}}^2+R{\stackrel{·}{i}}_q^{*2})\mathrm{dt}---\left(2\right)$其中，e＝ω_r‑ω,ω_r为转速的给定信号，Q、R为正常数；根据贝尔曼动态规划求解出此时的最优控制量，见下式：$i_q^{*}=m_1{\int }_0^t\mathrm{\omega dt}+m_2\omega +n{\int }_0^t{\omega }_r\mathrm{dt}---\left(3\right)$其中，P为满足黎卡提代数方程Pa+a^TP‑PbR^‑1b^TP+c^TQc＝0的对称正定常数矩阵，m＝‑R^‑1B^TP＝(m₁ m₂)，n＝R^‑1b^T(PbR^‑1b^T‑a^T)^‑1c^TQ。