CN106374801A - 一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制方法，包含以下步骤：根据指令控制信号与位置反馈信号，计算二者的差值；将指令控制信号与位置反馈信号的差值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较；根据差值的大小确定对应的控制策略，完成对电动伺服系统的控制。本发明还公开了一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统。本发明能够提高电动伺服系统的控制品质，减小非线性特性造成的影响。

Description

一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电动伺服系统控制技术领域，具体涉及一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统及方法。
背景技术
电动伺服系统作为一种随动系统，其作用是跟随指令，克服负载力矩，快速准确地产生相应输出。
由于电动伺服系统模型的未建模特性显著、非线性特性明显、负载扰动大等特点，常规的PID控制已经不能适应其要求。采用固定的控制参数，不能在加快响应速度的同时，减小超调和稳态抖振。
发明内容
本发明的目的在于提供一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统及方法，针对电动伺服系统模型的不精确、不确定及负载扰动大、带有非线性等特点，通过基于输入指令和反馈信号间偏差量的绝对值自适应调整电动伺服系统的控制参数，有效提高伺服系统的控制品质，减小非线性特性造成的影响。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统，其特点是，包含：
反馈电位器，用于获取位置反馈信号；
比较模块，与所述反馈电位器连接，用于根据接收的指令控制信号和位置反馈信号，计算指令控制信号与位置反馈信号的差值；
控制器，与所述比较模块连接，用于根据指令控制信号与位置反馈信号差值的大小，生成对应的控制策略；
功率驱动模块，与所述控制器连接，用于根据控制策略形成对应的控制电压；
伺服机构，所述的伺服机构包含一伺服电机，所述的伺服电机与所述功率驱动模块连接，用于根据控制电压的变化进行转速控制，并经由传动机构完成减速和功率放大，克服负载力矩，完成随动控制。
一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制方法，其特点是，包含以下步骤：
根据指令控制信号与位置反馈信号，计算二者的差值；
将指令控制信号与位置反馈信号的差值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较；
根据差值的大小确定对应的控制策略，完成对电动伺服系统的控制。
完成指令控制信号与位置反馈信号的差值计算后还包含对差值信号进行滤波处理的步骤。
所述的控制策略包含：若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则仅采用比例环节进行控制；若差值的绝对值大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则采用具有第一控制参数的比例微分环节进行控制；若差值的绝对值大于第二预设阈值，则采用具有第二控制参数的比例微分环节进行控制。所述的控制策略包含：若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则u＝KP3，若偏差量的绝对值大于等于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则若偏差量的绝对值大于第二预设阈值，则其中，KP1、KP2、KP3表示比例项增益，KD1、KD2表示微分项增益，s表示拉普拉斯变换算子。
所述的第一控制参数与第二控制参数满足：
KP1＞KP2＞KP3
KD1＞KD2。
所述的第一预设阈值为0.1；所述的第二预设阈值为0.2。
本发明一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统及方法与现有技术相比具有以下优点：基于输入指令和反馈信号间偏差量的绝对值自适应调整电动伺服系统的控制参数，有效提高伺服系统的控制品质，减小非线性特性造成的影响；本发明在偏差量的绝对值较大时，设定较大的比例系数，加强比例作用，加快响应速度；在偏差量的绝对值较小时，设定较小的比例系数，抑制过大的超调，在克服超调的同时，加快动态响应，可以减小由于伺服系统间隙等非线性特性引起的稳态抖振幅度。
附图说明
图1为本发明一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统的结构框图；
图2为本发明一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，电动伺服系统控制器可采用PID控制，一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统，包含：反馈电位器100，用于获取位置反馈信号；比较模块200，与所述反馈电位器100连接，用于根据接收的指令控制信号和位置反馈信号，计算指令控制信号与位置反馈信号的差值；控制器300，与所述比较模块200连接，用于根据指令控制信号与位置反馈信号的差值，生成对应的控制策略；功率驱动模块400，与所述控制器300连接，用于根据控制策略形成对应的控制电压，并将其进行隔离，放大，以驱动H桥桥臂的通断；伺服机构500，所述的伺服机构500包含一伺服电机，所述伺服电机与所述功率驱动模块400连接，用于根据控制电压的变化进行转速控制，并经由传动机构600完成减速和功率放大，克服负载力矩，完成随动控制。
结合上述的电动伺服控制系统，本发明还公开了一种电动伺服控制方法，如图2所示，包含以下步骤：
S1、根据指令控制信号与位置反馈信号，计算二者的差值。
S2、对指令控制信号与位置反馈信号的差值进行滤波处理，减小噪声的影响。
S3、将指令控制信号与位置反馈信号的差值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较；
S4、根据差值的大小确定对应的控制策略，完成对电动伺服系统的控制。
通过功率放大，去驱动整体式的四通道伺服机构，从而达到改善电动伺服系统的控制品质，尤其是小信号下的控制品质的目的。
在本实施例中，较佳地，所述的控制策略包含：若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则仅采用比例环节进行控制；若差值的绝对值大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则采用具有第一控制参数的比例微分环节进行控制；若差值的绝对值大于第二预设阈值，则采用具有第二控制参数的比例微分环节进行控制；优选地，若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则u＝KP3，若差值的绝对值大于等于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则若差值的绝对值大于第二预设阈值，则其中，KP1、KP2、KP3表示比例项增益，KD1、KD2表示微分项增益，s表示拉普拉斯变换算子。
具体来说，就是按差值的绝对值分段设定PID控制器的控制参数。当差值大于一定范围时，采用较大的比例系数，当差值小于一定范围时，采用较小的比例系数，当差值在二者之间时，采用适中的比例系数。采用第一预设阈值和第二预设阈值划分不同范围，根据差值所在的范围，确定控制策略，控制结构和控制参数依据差值所在的范围进行调整。控制器如下：
u = K P 1 + K D 1 . s 0.002 s + 1 | e | > 0.2 K P 2 + K D 2 . s 0.002 s + 1 0.2 ≥ | e | > 0.1 K P 3 | e | ≤ 0.1
在差值绝对值小于第一预设阈值时，采用比例环节控制；当差值绝对值大于第一预设阈值时，采用比例微分环节控制。控制参数在每个分档取不同值，取值大小如下：
KP1＞KP2＞KP3
KD1＞KD2。
在本实施例中，较佳地，所述的第一预设阈值为0.1；所述的第二预设阈值为0.2。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制系统，其特征在于，包含：
反馈电位器，用于获取位置反馈信号；
比较模块，与所述反馈电位器连接，用于根据接收的指令控制信号和位置反馈信号，计算指令控制信号与位置反馈信号的差值；
控制器，与所述比较模块连接，用于根据指令控制信号与位置反馈信号差值的大小，生成对应的控制策略；
功率驱动模块，与所述控制器连接，用于根据控制策略形成对应的控制电压；
伺服机构，所述的伺服机构包含一伺服电机，所述的伺服电机与所述功率驱动模块连接，用于根据控制电压的变化进行转速控制，并经由传动机构完成减速和功率放大，克服负载力矩，完成随动控制。
2.一种根据偏差自适应调整的电动伺服控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
根据指令控制信号与位置反馈信号，计算二者的差值；
将指令控制信号与位置反馈信号的差值分别与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较；
根据差值的大小确定对应的控制策略，完成对电动伺服系统的控制。
3.如权利要求2所述的电动伺服控制方法，其特征在于，完成指令控制信号与位置反馈信号的差值计算后还包含对差值信号进行滤波处理的步骤。
4.如权利要求2所述的电动伺服控制方法，其特征在于，所述的控制策略包含：若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则仅采用比例环节进行控制；若差值的绝对值大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则采用具有第一控制参数的比例微分环节进行控制；若差值的绝对值大于第二预设阈值，则采用具有第二控制参数的比例微分环节进行控制。
5.如权利要求4所述的电动伺服控制方法，其特征在于，所述的控制策略包含：若差值的绝对值小于等于第一预设阈值，则u＝KP3，若偏差量的绝对值大于等于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值，则若偏差量的绝对值大于第二预设阈值，则其中，KP1、KP2、KP3表示比例项增益，KD1、KD2表示微分项增益，s表示拉普拉斯变换算子。
6.如权利要求5所述的电动伺服控制方法，其特征在于，所述的第一控制参数与第二控制参数满足：
KP1＞KP2＞KP3
KD1＞KD2。
7.如权利要求2所述的电动伺服控制方法，其特征在于，所述的第一预设阈值为0.1；所述的第二预设阈值为0.2。
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