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排列3 www.jeimw.cn 交流伺服系统控制参数整定的国内外研究现状

交流伺服系统控制参数整定的国内外研究现状 交流伺服系统内部一般采用固定参数的 PID 控制器来完成伺服系统的调节过 程。虽然 PID 控制方式具有结构简单、可靠性高和鲁棒性强等优点,但伺服系统 的控制性能与其设置的控制参数密切相关,当控制参数设置不合理时,系统无法 获得其满意的控制性能。为了获得高性能的伺服控制系统,必须对其控制参数进 行充分整定 [18] 。 由于实际的伺服系统中存在执行机构的死区时间与饱和、电机转子的非线性 摩擦、放大器饱和以及负载对象的不确定性等非线性特征,在交流伺服系统的实 际应用过程中,常常无法建立准确的伺服系统数学模型,以至于难以获得与实际 系统相匹配的最优控制参数 [19] 。由于上述原因的存在,目前交流伺服系统的控制 参数的整定过程主要由技术人员手动调整完整,在伺服系统正式运行前,通过频 繁修改其相关的控制参数,观察、比较不同控制参数作用下伺服系统的运行性能 来对控制参数进行整定,参数的整定过程在很大程度上依赖技术人员的经验 [20] 。 在交流伺服系统的运行过程中,由于存在外部负载转动惯量的变化以及负载 力矩扰动等众多因素的影响,使伺服系统的被控对象参数发生变化,从而使得原 本经过充分整定的伺服系统的控制参数与系统不能完全匹配,导致伺服系统的控 制性能下降 [21] 。因此,需要对伺服系统被控对象参数进行在线观测,并根据观测 结果对控制参数进行校正。如此即可快速准确得获得伺服系统的最优控制参数, 使交流伺服系统适应复杂的运行工况,满足高指标的伺服控制要求。 交流伺服系统控制参数的整定是国内外学者研究的热点之一,目前已有学者 提出了一些交流伺服系统控制参数的整定方法。

刘春雅提出了改进的自适应遗传算法的 PID 参数整定方法。该方法根据适应 度的值来自动改变交叉概率和变异概率,使之既能够确保算法收敛,又能够很好 的保证种群多样性。该方法在数控伺服系统中应用,其控制效果良好 [22] 。 彭安华,肖兴明等人在均匀设计的基础上,采用二阶响应模型拟合上升时间 和超调量这两个性能指标与控制器参数之间的关系,利用遗传算法分别对这两个 性能指标寻求最优控制器参数,再利用叠加等高线图的方法,寻求同时满足这两 个性能指标的最优控制器参数 [23] 。 何春晗,李璀等人以系统的输出与输入之间的误差为调节信号,设计基于 ITSE 准则的优化系统模型,对三环的控制参数进行整定与优化。仿真结果表明, 参数整定优化过程实用有效,使用优化后的控制参数值,系统的响应速度快、到 达稳态的时间短、产生的超调量小,具有良好的鲁棒性 [24] 。 张原,黄文静,桑路路等人针对传统的 PID 控制无法兼顾系统的静态和动态 两方面的性能,结合专家 PID 控制理论,提出了一种改进型的专家 PID 参数自适 应控制器设计方法,该方法可获得良好的系统跟踪特性图 [25] 。 郑世祺,唐小琦,卢少武,宋宝等人有机结合最小二乘法和遗传算法的优点, 设计出伺服系统的控制参数自整定算法,通过实验验证表明,此算法具有较强的 稳定性,控制参数整定后的伺服系统具有很好的控制性能 [26] 。 张小鸣,龙仕玉等人提出了一种模糊免疫 PID 控制器算法,这种控制算法克 服了模糊 PID 控制器适应性能差和鲁棒性差的问题。通过试验可以看出,模糊免 疫 PID 控制器较之模糊 PID 控制器具有更高的控制精度和更好的鲁棒性 [27] 。

根据上述已有的伺服系统控制参数整定方法的实现原理,可以将其分为两大 类。一种是基于模型的控制参数整定方法,另外一种则是基于规则的控制参数整 定方法?;谀P偷目刂撇问ǚ椒ㄊ峭ü喙乇媸端惴ū媸端欧低车南喙?重要参数,从而建立精确的系统数学模型,再根据系统期望的响应性能指标按照 相关的控制理论推导出系统的控制参数整定公式,从而获得系统的控制参数。这 一类型的参数整定方法的整定效果依赖于建立的伺服系统数学模型的精确性,但 是在进行系统建模时,不可避免会存在误差,可能会导致整定后的控制参数无法 使伺服系统获得令人满意的控制性能。 与基于模型的控制参数整定法不同的是,基于规则的控制参数整定法无需系 统的数学模型,也不需要太多的理论推导,而是根据系统实际的响应性能并通过 某种控制参数的寻优方法来更新控制参数,寻找使系统的某一种性能指标达到最 优化的控制参数,从而完成系统控制参数的整定。这一类型参数整定方法的运算 量都比较大,而且控制参数的寻优存在一个过程,不满足伺服系统在运行过程中 的快速性的要求。 本文在进行交流伺服系统控制参数的整定时,首先确定适用于交流伺服系统控制性能的评价指标,并结合上述基于模型的控制参数整定方法,在建立的交流 伺服系统数学模型的基础上对其控制参数进行整定,再根据实际的交流伺服系统 的控制性能评价指标对其控制参数进行校正,以保证获得满意的交流伺服系统控 制性能。

 
     
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