一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法
【專利說(shuō)明】一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種非線性補(bǔ)償控制方法，特別是一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伺服系統(tǒng)控制方法通常采用PID控制算法，PID控制算法是按偏差的比例、積分和 微分進(jìn)行控制的一種算法，其控制簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高，是目前應(yīng)用最為廣泛的控制 算法，但在實(shí)際應(yīng)用中執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般具有非線性，會(huì)使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生控制誤差。正弦指令信 號(hào)作為伺服控制系統(tǒng)中一種常見(jiàn)的指令類型，當(dāng)正弦指令信號(hào)的幅頻范圍較寬時(shí)，常規(guī)PID 控制器很難適用于全頻段范圍，往往達(dá)不到理想的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法，解決以往方法會(huì)使伺 服系統(tǒng)產(chǎn)生控制誤差，很難適用于全頻段范圍，達(dá)不到理想的控制效果的問(wèn)題。
[0004] -種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法的具體步驟為： 第一步搭建非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng) 非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括:非線性模型建立模塊、輸出量確定模塊和非線性補(bǔ)償模 塊。
[0005] 非線性模型建立模塊的功能為:確定伺服系統(tǒng)的非線性模型。
[0006] 輸出量確定模塊的功能為:確定控制器輸出量。
[0007] 非線性補(bǔ)償模塊的功能為:對(duì)控制器輸出量進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
[0008] 第二步非線性模型建立模塊確定伺服系統(tǒng)的非線性模型 非線性模型建立模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行階躍輸入測(cè)試，通過(guò)限制最大控制器輸出量〇-100%來(lái)確定伺服系統(tǒng)的速度，得到多組控制器輸出量與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)。對(duì)速度進(jìn)行 歸一化處理，當(dāng)控制器輸出量為100%時(shí)，速度為100%。然后對(duì)多個(gè)控制器輸出量與歸一化的 速度進(jìn)行擬合。
[0009] 伺服系統(tǒng)實(shí)際控制量與速度成線性關(guān)系，因此得到控制器輸出量u與伺服系統(tǒng)實(shí) 際控制量d的關(guān)系，確定伺服系統(tǒng)的非線性模型： u' =f(u) (1) 公式(1)中，f(u)為伺服系統(tǒng)的非線性特性函數(shù)模型。
[0010] 第三步輸出量確定模塊確定實(shí)際的控制器輸出量 伺服系統(tǒng)的輸入指令與反饋信號(hào)的差值為誤差信號(hào)，輸出量確定模塊根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn) 行PID運(yùn)算，表示為：
公式(2)中，T為控制周期;、為控制器比例系數(shù)為控制器積分系數(shù);_為控制器微 分系數(shù);u(k)為第k個(gè)周期的控制器輸出量;e(k)為第k個(gè)周期的誤差信號(hào)；e(k-l)為第k-1 個(gè)周期的誤差信號(hào);e(j)第j個(gè)周期的誤差信號(hào)。
[0011]第四步非線性補(bǔ)償模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償 非線性補(bǔ)償模塊根據(jù)伺服系統(tǒng)的非線性模型，對(duì)第k個(gè)周期的控制器輸出量進(jìn)行非線 性補(bǔ)償：
公式(3)中，__為第k個(gè)周期補(bǔ)償后的控制器輸出量;為伺服系統(tǒng)非線性 特性的反函數(shù)。
[0012]至此，完成了伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制。
[0013] 本發(fā)明通過(guò)在PID控制基礎(chǔ)上，增加了非線性補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了一種智能的控制。 本發(fā)明原理簡(jiǎn)單、實(shí)用，可靠性較高，目前在某些型號(hào)的電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)中已得到應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0014] -種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法的具體步驟為： 第一步搭建非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng) 非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括:非線性模型建立模塊、輸出量確定模塊和非線性補(bǔ)償模 塊。
[0015] 非線性模型建立模塊的功能為:確定伺服系統(tǒng)的非線性模型。
[0016 ]輸出量確定模塊的功能為:確定控制器輸出量。
[0017]非線性補(bǔ)償模塊的功能為:對(duì)控制器輸出量進(jìn)行非線性補(bǔ)償。
[0018] 第二步非線性模型建立模塊確定伺服系統(tǒng)的非線性模型 非線性模型建立模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行階躍輸入測(cè)試，通過(guò)限制最大控制器輸出量0-100%來(lái)確定伺服系統(tǒng)的速度，得到多組控制器輸出量與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)。對(duì)速度進(jìn)行 歸一化處理，當(dāng)控制器輸出量為100%時(shí)，速度為100%。然后對(duì)多個(gè)控制器輸出量與歸一化的 速度進(jìn)行擬合。
[0019] 伺服系統(tǒng)實(shí)際控制量與速度成線性關(guān)系，因此得到控制器輸出量u與伺服系統(tǒng)實(shí) 際控制量祕(mì)的關(guān)系，確定伺服系統(tǒng)的非線性模型： 二'(1) 公式(1)中，為伺服系統(tǒng)的非線性特性函數(shù)模型。
[0020] 如下：
確定伺服系統(tǒng)的非線性模型：
第三步輸出量確定模塊確定實(shí)際的控制器輸出量 伺服系統(tǒng)的輸入指令與反饋信號(hào)的差值為誤差信號(hào)，輸出量確定模塊根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn) 行PID運(yùn)算，表示為：
公式(2)中，T為控制周期;1?為控制器比例系數(shù);1%為控制器積分系數(shù);_為控制器微 分系數(shù);u(k)為第k個(gè)周期的控制器輸出量;e(k)為第k個(gè)周期的誤差信號(hào)；e(k-l)為第k-1 個(gè)周期的誤差信號(hào);e(j)第j個(gè)周期的誤差信號(hào)。
[0021]第四步非線性補(bǔ)償模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償 非線性補(bǔ)償模塊根據(jù)伺服系統(tǒng)的非線性模型，對(duì)第k個(gè)周期的控制器輸出量進(jìn)行非線 性補(bǔ)償：
公式(3)中，_雜為第k個(gè)周期補(bǔ)償后的控制器輸出量;0物_)為伺服系統(tǒng)非線性 特性的反函數(shù)。
[0022]至此，完成了伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法，其特征在于該方法的具體步驟為： 第一步搭建非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng) 非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括：非線性模型建立模塊、輸出量確定模塊和非線性補(bǔ)償模 塊； 非線性模型建立模塊的功能為:確定伺服系統(tǒng)的非線性模型； 輸出量確定模塊的功能為:確定控制器輸出量； 非線性補(bǔ)償模塊的功能為:對(duì)控制器輸出量進(jìn)行非線性補(bǔ)償； 第二步非線性模型建立模塊確定伺服系統(tǒng)的非線性模型 非線性模型建立模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行階躍輸入測(cè)試，通過(guò)限制最大控制器輸出量0- 100%來(lái)確定伺服系統(tǒng)的速度，得到多組控制器輸出量與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù);對(duì)速度進(jìn)行 歸一化處理，當(dāng)控制器輸出量為100%時(shí)，速度為100%;然后對(duì)多個(gè)控制器輸出量與歸一化的 速度進(jìn)行擬合； 伺服系統(tǒng)實(shí)際控制量與速度成線性關(guān)系，因此得到控制器輸出量U與伺服系統(tǒng)實(shí)際控 制量山慚關(guān)系，確定伺服系統(tǒng)的非線性模型： 裡心麵I: (1) 公式(1)中，錢游為伺服系統(tǒng)的非線性特性函數(shù)模型； 第Ξ步輸出量確定模塊確定實(shí)際的控制器輸出量 伺服系統(tǒng)的輸入指令與反饋信號(hào)的差值為誤差信號(hào)，輸出量確定模塊根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn) 行PID運(yùn)算，表示為：(2) 公式(2)中，T為控制周期;1?為控制器比例系數(shù);1·,為控制器積分系數(shù);kd為控制器微 分系數(shù);U化)為第k個(gè)周期的控制器輸出量;e化)為第k個(gè)周期的誤差信號(hào)；e化-1)為第k-1 個(gè)周期的誤差信號(hào);e(j)第j個(gè)周期的誤差信號(hào)； 第四步非線性補(bǔ)償模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償 非線性補(bǔ)償模塊根據(jù)伺服系統(tǒng)的非線性模型，對(duì)第k個(gè)周期的控制器輸出量進(jìn)行非線 性補(bǔ)償：(3) 公式(3)中，稱繼為第k個(gè)周期補(bǔ)償后的控制器輸出量;議g為伺服系統(tǒng)非線性特 性的反函數(shù)； 至此，完成了伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制方法，通過(guò)搭建非線性補(bǔ)償控制系統(tǒng)、非線性模型建立模塊確定伺服系統(tǒng)的非線性模型、輸出量確定模塊確定實(shí)際的控制器輸出量和非線性補(bǔ)償模塊對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償，完成了伺服系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償控制。本發(fā)明通過(guò)在PID控制基礎(chǔ)上，增加了非線性補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了一種智能的控制。本發(fā)明原理簡(jiǎn)單、實(shí)用，可靠性較高，目前在某些型號(hào)的電動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)中已得到應(yīng)用。
【IPC分類】G05B13/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105549392
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510967284
【發(fā)明人】孫春香, 王留民, 韓士玉, 仲啟亮, 黃伯超
【申請(qǐng)人】北京機(jī)械設(shè)備研究所
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日