CN105549392A - 一种伺服系统的非线性补偿控制方法 - Google Patents

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孙春香
王留民
韩士玉
仲启亮
黄伯超
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

本发明公开了一种伺服系统的非线性补偿控制方法，通过搭建非线性补偿控制系统、非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型、输出量确定模块确定实际的控制器输出量和非线性补偿模块对伺服系统进行非线性补偿，完成了伺服系统的非线性补偿控制。本发明通过在PID控制基础上，增加了非线性补偿方法，实现了一种智能的控制。本发明原理简单、实用，可靠性较高，目前在某些型号的电动舵机系统中已得到应用。

Description

一种伺服系统的非线性补偿控制方法
发明领域
本发明涉及一种非线性补偿控制方法，特别是一种伺服系统的非线性补偿控制方法。
背景技术
伺服系统控制方法通常采用PID控制算法，PID控制算法是按偏差的比例、积分和微分进行控制的一种算法，其控制简单、鲁棒性好、可靠性高，是目前应用最为广泛的控制算法，但在实际应用中执行机构一般具有非线性，会使伺服系统产生控制误差。正弦指令信号作为伺服控制系统中一种常见的指令类型，当正弦指令信号的幅频范围较宽时，常规PID控制器很难适用于全频段范围，往往达不到理想的控制效果。
发明内容
本发明目的在于提供一种伺服系统的非线性补偿控制方法，解决以往方法会使伺服系统产生控制误差，很难适用于全频段范围，达不到理想的控制效果的问题。
一种伺服系统的非线性补偿控制方法的具体步骤为：
第一步搭建非线性补偿控制系统
非线性补偿控制系统，包括：非线性模型建立模块、输出量确定模块和非线性补偿模块。
非线性模型建立模块的功能为：确定伺服系统的非线性模型。
输出量确定模块的功能为：确定控制器输出量。
非线性补偿模块的功能为：对控制器输出量进行非线性补偿。
第二步非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型
非线性模型建立模块对伺服系统进行阶跃输入测试，通过限制最大控制器输出量0-100%来确定伺服系统的速度，得到多组控制器输出量与速度的对应关系数据。对速度进行归一化处理，当控制器输出量为100%时，速度为100%。然后对多个控制器输出量与归一化的速度进行拟合。
伺服系统实际控制量与速度成线性关系，因此得到控制器输出量u与伺服系统实际控制量的关系，确定伺服系统的非线性模型：
（1）
公式（1）中，为伺服系统的非线性特性函数模型。
第三步输出量确定模块确定实际的控制器输出量
伺服系统的输入指令与反馈信号的差值为误差信号，输出量确定模块根据误差信号进行PID运算，表示为：
（2）
公式（2）中，T为控制周期；为控制器比例系数；为控制器积分系数；为控制器微分系数；u(k)为第k个周期的控制器输出量；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；e(j)第j个周期的误差信号。
第四步非线性补偿模块对伺服系统进行非线性补偿
非线性补偿模块根据伺服系统的非线性模型，对第k个周期的控制器输出量进行非线性补偿：
（3）
公式（3）中，为第k个周期补偿后的控制器输出量；为伺服系统非线性特性的反函数。
至此，完成了伺服系统的非线性补偿控制。
本发明通过在PID控制基础上，增加了非线性补偿方法，实现了一种智能的控制。本发明原理简单、实用，可靠性较高，目前在某些型号的电动舵机系统中已得到应用。
具体实施方式
一种伺服系统的非线性补偿控制方法的具体步骤为：
第一步搭建非线性补偿控制系统
非线性补偿控制系统，包括：非线性模型建立模块、输出量确定模块和非线性补偿模块。
非线性模型建立模块的功能为：确定伺服系统的非线性模型。
输出量确定模块的功能为：确定控制器输出量。
非线性补偿模块的功能为：对控制器输出量进行非线性补偿。
第二步非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型
非线性模型建立模块对伺服系统进行阶跃输入测试，通过限制最大控制器输出量0-100%来确定伺服系统的速度，得到多组控制器输出量与速度的对应关系数据。对速度进行归一化处理，当控制器输出量为100%时，速度为100%。然后对多个控制器输出量与归一化的速度进行拟合。
伺服系统实际控制量与速度成线性关系，因此得到控制器输出量u与伺服系统实际控制量的关系，确定伺服系统的非线性模型：
（1）
公式（1）中，为伺服系统的非线性特性函数模型。
如下：
确定伺服系统的非线性模型：
第三步输出量确定模块确定实际的控制器输出量
伺服系统的输入指令与反馈信号的差值为误差信号，输出量确定模块根据误差信号进行PID运算，表示为：
（2）
公式（2）中，T为控制周期；为控制器比例系数；为控制器积分系数；为控制器微分系数；u(k)为第k个周期的控制器输出量；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；e(j)第j个周期的误差信号。
第四步非线性补偿模块对伺服系统进行非线性补偿
非线性补偿模块根据伺服系统的非线性模型，对第k个周期的控制器输出量进行非线性补偿：
（3）
公式（3）中，为第k个周期补偿后的控制器输出量；为伺服系统非线性特性的反函数。
至此，完成了伺服系统的非线性补偿控制。

Claims (1)

1.一种伺服系统的非线性补偿控制方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
第一步搭建非线性补偿控制系统
非线性补偿控制系统，包括：非线性模型建立模块、输出量确定模块和非线性补偿模块；
非线性模型建立模块的功能为：确定伺服系统的非线性模型；
输出量确定模块的功能为：确定控制器输出量；
非线性补偿模块的功能为：对控制器输出量进行非线性补偿；
第二步非线性模型建立模块确定伺服系统的非线性模型
非线性模型建立模块对伺服系统进行阶跃输入测试，通过限制最大控制器输出量0-100%来确定伺服系统的速度，得到多组控制器输出量与速度的对应关系数据；对速度进行归一化处理，当控制器输出量为100%时，速度为100%；然后对多个控制器输出量与归一化的速度进行拟合；
伺服系统实际控制量与速度成线性关系，因此得到控制器输出量u与伺服系统实际控制量的关系，确定伺服系统的非线性模型：
（1）
公式（1）中，为伺服系统的非线性特性函数模型；
第三步输出量确定模块确定实际的控制器输出量
伺服系统的输入指令与反馈信号的差值为误差信号，输出量确定模块根据误差信号进行PID运算，表示为：
（2）
公式（2）中，T为控制周期；为控制器比例系数；为控制器积分系数；为控制器微分系数；u(k)为第k个周期的控制器输出量；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；e(j)第j个周期的误差信号；
第四步非线性补偿模块对伺服系统进行非线性补偿
非线性补偿模块根据伺服系统的非线性模型，对第k个周期的控制器输出量进行非线性补偿：
（3）
公式（3）中，为第k个周期补偿后的控制器输出量；为伺服系统非线性特性的反函数；
至此，完成了伺服系统的非线性补偿控制。
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