一种正弦指令的变参数控制方法

摘要

本发明公开了一种正弦指令的变参数控制方法，通过实时对正弦指令控制系统的指令信号的频率和幅值进行判定，经过一定的运算周期，当正弦指令的频率和幅值处理完成以后，根据不同的频率和幅值对积分分离PID算法的比例项P和微分项D的系数进行调整，实现了一种变参数的控制算法，从而使系统能够达到更高的控制精度。本方法解决了伺服系统在较宽范围内的幅频响应特性问题，原理简单、实用，可靠性高。

主权项

1.一种正弦指令的变参数控制方法，其特征在于本方法的具体步骤为； 第一步  搭建变参数正弦指令控制系统变参数正弦指令控制系统，包括：控制器、反馈电位计、电动机、减速器、信号处理模块、频率判断模块、系数调整模块、PID运算模块和控制量输出模块；控制器信号接收端分别与指令输入端和反馈电位计的反馈信号端相连，控制器输出端与电动机的驱动线相连，电动机转轴齿轮与减速器输入端啮合，减速器的输出端与舵轴齿轮啮合，反馈电位计同轴安装到舵轴上；各功能模块通过控制器内部的运算处理器实现；信号处理模块的功能为：实现信号的读取、滤波；频率判断模块的功能为：处理和判断指令信号的频率和幅值；系数调整模块的功能为：调整PID的比例系数和微分系数；PID运算模块的功能为：进行PID运算；控制量输出模块的功能为：完成输出控制量；第二步  信号处理模块采集指令和反馈信号信号处理模块分别读入指令和反馈信号，然后将指令和反馈信号发送给二阶低通巴特沃斯滤波器，进行信号滤波运算；第三步  频率判断模块处理指令信号幅值和频率频率判断模块对采集到的指令信号进行处理和判断；首先判断指令信号是处于上升过程还是下降过程，当指令信号值连续增大时，判断为上升过程，否则判断为下降过程，连续多次变化范围小于定值ε时(ε为AD转换的波动误差)，则判断为非正弦信号；判断为上升过程时，当出现最大值后，信号值开始逐渐减小，则认为出现正弦信号的顶部拐点，置最大值标志位，此时记下时间值和最大值；判断为下降过程时，当出现最小值后，信号值开始逐渐增大，则认为出现正弦信号的底部拐点，置最小值标志位并记下时间值和最小值；当最大值和最小值均出现后，则通过其出现时间的时间差计算出信号的频率，通过最大值和最小值的差值计算出幅值；第四步  系数调整模块计算PID系数根据得到的指令信号的频率和幅值作为系数调整模块的输入，代入到比例项P和微分项D的调整量函数中，计算出其调整系数μ(A,f)；其函数关系式可表示为：(1)式（1）中，k_A为比例项P或微分项D与幅值A的关系系数，k_f为比例项P或微分项D与频率f的关系系数；第五步  PID运算模块进行PID运算系数调整模块计算出调整系数μ(A,f)后发送给PID运算模块进行PID运算；正弦指令的每个周期采用积分分离的PID控制；在开始跟踪指令时，系统偏差大于设定值时先取消积分作用，采用PD控制；当偏差小于设定值时再将积分作用加入，采用PID控制；根据实际情况，人为设定阈值e>0；当|e(k)|>e时，采用PD控制；当|e(k)|≤e，采用PID控制；其控制算法可表示为：(2)式（2）中，T为控制周期；kp为比例系数；ki为积分系数；kd为微分系数；u(k)为第k个周期的控制器输出；e(k)为第k个周期的误差信号；e(k-1)为第k-1个周期的误差信号；β为积分分离系数，当|e(k)|>e时，取0；当|e(k)|≤e时，取1；在每个正弦指令周期未结束时，保持上次的参数不变，每经过半个指令周期，完成对正弦指令周期和幅值的判断，根据系数调整模块计算出相应的P或D系数的调整系数μ(A,f)，从而对kp和ki的值进行调节，实现了变参数控制；其控制算法表示为：(3)第六步  控制量输出模块输出控制量将公式(3)计算得到的电动机的控制量u(k)输出给电机，从而完成系统的控制。