CN107832485A - 一种仿真模型控制参数的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿真模型控制参数的优化方法，包括：根据受控对象的控制系统基本参数构建半物理仿真模型；对所述半物理仿真模型进行仿真处理，获得仿真结果；对所述仿真结果进行拟合插值，获得所述受控对象工作在预期状态下的控制参数；其中，在所述参数优化步骤中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
Description
技术领域：
本发明涉及一种仿真技术，特别涉及一种仿真技术中的模型控制参数的优化技术。
技术背景：
由于复杂机电装置具有典型的非线性特征，尤其是电机的部分电气和机械参数较难得到，加之系统运行过程中某些不确定性因素对系统模型参数的影响导致了模型描述较为复杂，难以对控制参数进行较为精准的匹配计算，造成应用时整个机电伺服系统性能的下降。机电装置控制效果的优劣一方面由模型本身的性能决定，另一方面由伺服系统控制环节的调节器参数决定。一般工程上较多由现场工程师凭借经验确定调节器的参数，这种试凑的方法往往难以确保在较大范围内及特殊工况需求的整定效果。因此复杂机电装置的控制参数优化变得尤为重要。传统的方法是保持控制电机控制参数不变，一旦电机工作条件发生变化，电机转速产生变化，恒定的控制参数进行调节，电机恢复成原来的转速时间很长。较大的外界负载可能会导致电机转速发生振荡，造成失稳，电机工作性能较差。
对机电模型参数优化的现有技术存在诸多技术问题，例如无法进行实际进行应用，实际过程中扰动估计较难而且需要一定时间导致实时性较差，没有在稳定基础上进行控制参数的寻优，等等。
针对现有技术而言，复杂机电模型的描述对控制器参数的求解以及控制目标的实现难度较大，特别是在工程实践中，对机电装置的参数整定往往通过工程经验进行优化。由此可见，针对复杂机电装置的控制参数优化方法，是满足日益复杂机电装置控制的迫切需要。
发明内容：
本发明的范围只由后附权利要求书所规定，在任何程度上都不受这一节发明内容的陈述所限。
为了克服上述技术问题，本发明提供(1)一种仿真模型控制参数的优化方法,包括：模型的构建，根据受控对象的控制系统基本参数构建半物理仿真模型；硬件在环仿真，对所述半物理仿真模型进行仿真处理，获得仿真结果；参数优化，对所述仿真结果进行拟合插值，获得所述受控对象工作在预期状态下的控制参数；其中，在所述参数优化步骤中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
(2)根据(1)所述的控制参数优化方法，所述半物理仿真模型包括所述受控对象的控制模型、中断控制模块和使能控制模块；其中，所述中断控制模块能够使用中断控制模块作为电流环和速度环的触发条件，使所述半物理仿真模型编译后能正常控制所述受控对象的基础；所述使能控制能够在不影响对相关参数采样的条件下，单独控制PWM波的输出。
(3)根据(2)所述的控制参数优化方法，所述控制模型包括输入量模块、控制部分模块和输出量模块；其中，所述输入量模块用于输入转速、电角度和电流的反馈；所述控制部分模块用于控制转速、电流和PWM波的产生；所述输出量模块利用所述PWM波占空比和PWM波周期生成PWM波。
(4)根据(3)所述的控制参数优化方法，所述控制部分模块通过控制转速以控制产生电流，通过控制电流以控制产生电压，基于所述电压流信号产生控制生成所述PWM波的信号。
(5)根据(1)所述的控制参数优化方法，在所述参数优化步骤中，对每一个目标点进行仿真分析。
(6)根据(1)所述的控制参数优化方法，在所述参数优化步骤中，对所述仿真结果进行指标分析，如果所述控制参数未能达到预期状态下的所述控制系统的性能指标，进行所述仿真步长的计算，选择合适的所述仿真步长进行仿真，获得预期状态下的所述控制参数。
(7)根据(1)所述的控制参数优化方法，所述控制参数为电机速度环比例增益参数和积分时间常数。
(8)根据(1)所述的控制参数优化方法，在所述指标分析的步骤中，利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成所述控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
(9)根据(1)～(8)任意一项所述的控制参数优化方法，所述参数优化步骤还包括确定稳定极限；在所述确定稳定极限步骤中，基于初始值确定稳定极限。
(10)根据(9)所述的控制参数优化方法，在所述确定稳定极限步骤中，不断改变所述控制参数的初始值，使所述受控对象的系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
(11)根据(1)～(8)任意一项所述的控制参数优化方法，所述受控对象为永磁同步电机，所述永磁同步电机的完整模型G(S)可描述为：
其中：Gc(S)为不包含扰动的控制器参数，GK(S)为伺服系统控制对象的模型，GC为控制参数、GP为驱动器，GL为机械结构；J为电机转子惯量；RΩ为阻尼系数；Ki为电流环放大倍数；Ton为速度反馈滤波时间常数；β为电流反馈系数；ωn为机电装置角频率；ξ为机电装置阻尼比；Pn为电机极对数；ψf为电机永磁体励磁磁链；Kfn为速度反馈系数。
(12)根据(1)所述的控制参数优化方法，在硬件在环仿真步骤中，在控制参数范围内，通过硬件在环仿真获得数据点的坐标向量，得到所述受控对象的系统的性能指标数据。
本发明还提供(13)一种仿真模型控制参数的优化系统,包括：建模计算机，根据受控对象的控制系统基本参数构建半物理仿真模型；硬件在环仿真系统，对所述半物理仿真模型进行仿真处理，获得仿真结果；其中，所述建模计算机还能进行参数优化处理，对所述仿真结果进行拟合插值，获得所述受控对象工作在预期状态下的控制参数；在所述参数优化处理中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
(14)根据(13)所述的控制参数优化系统，所述半物理仿真模型包括所述受控对象的控制模型、中断控制模块和使能控制模块；其中，所述中断控制模块能够使用中断控制模块作为电流环和速度环的触发条件，使所述半物理仿真模型编译后能正常控制所述受控对象的基础；所述使能控制能够在不影响对相关参数采样的条件下，单独控制电流信号的输入。
(15)根据(14)所述的控制参数优化系统，所述控制模型包括输入量模块、控制部分模块和输出量模块；其中，所述输入量模块用于输入转速、电角度和电流的反馈；所述控制部分模块用于控制转速、电流和PWM波的产生；所述输出量模块利用所述PWM波占空比和PWM波周期生成PWM波。
(16)根据(15)所述的控制参数优化方法，所述控制部分模块通过控制转速以控制产生电流，通过控制电流以控制产生电压，基于所述电压流信号产生控制生成所述PWM波的信号。
(17)根据(13)所述的控制参数优化系统，在所述参数优化处理中，对每一个目标点进行仿真分析。
(18)根据(13)所述的控制参数优化系统，在所述参数优化处理中，对所述仿真结果进行指标分析，如果所述控制参数未能达到预期状态下的所述控制系统的性能指标，进行所述仿真步长的计算，选择合适的所述仿真步长进行仿真，获得预期状态下的所述控制参数。
(19)根据(13)所述的控制参数优化系统，所述控制参数为电机速度环比例增益参数和积分时间常数。
(20)根据(13)所述的控制参数优化系统，在所述指标分析中，利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成所述控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
(21)根据(13)～(20)任意一项所述的控制参数优化系统，所述所述建模计算机还能进行初始值计算和确定稳定极限；在所述初始值计算中，设计不包含扰动的控制器参数，得到所述控制参数的初始值；在所述确定稳定极限中，基于所述初始值确定稳定极限。
(22)根据(21)所述的控制参数优化系统，在所述确定稳定极限中，不断改变所述控制参数的初始值，使所述受控对象的系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
(23)根据(13)～(20)任意一项所述的控制参数优化系统，所述受控对象为永磁同步电机，所述永磁同步电机的完整模型G(S)可描述为：
其中：Gc(S)为不包含扰动的控制器参数，GK(S)为伺服系统控制对象的模型，GC为控制参数、GP为驱动器，GL为机械结构；J为电机转子惯量；RΩ为阻尼系数；Ki为电流环放大倍数；Ton为速度反馈滤波时间常数；β为电流反馈系数；ωn为机电装置角频率；ξ为机电装置阻尼比；Pn为电机极对数；ψf为电机永磁体励磁磁链；Kfn为速度反馈系数。
(24)根据(1)3所述的控制参数优化系统，在控制参数范围内，所述硬件在环仿真系统通过硬件在环仿真获得数据点的坐标向量，得到所述受控对象的系统的性能指标数据。
本发明另一方面还提供(25)一种仿真模型控制参数的优化装置,包括：能够进行如下操作的处理器：对硬件在环仿真系统的仿真结果进行拟合插值，获得受控对象工作在预期状态下的控制参数，以实现控制参数的参数优化处理；其中，在所述参数优化处理中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
(26)根据(25)所述的控制参数优化装置，在所述参数优化处理中，对每一个目标点进行仿真分析。
(27)根据(25)所述的控制参数优化装置，在所述参数优化处理中，对所述仿真结果进行指标分析，如果所述控制参数未能达到预期状态下的所述控制系统的性能指标，进行所述仿真步长的计算，选择合适的所述仿真步长进行仿真，获得预期状态下的所述控制参数。
(28)根据(27)所述的控制参数优化装置，在所述指标分析中，利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成所述控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
(29)根据(25)～(28)任意一项所述的控制参数优化装置，所述控制参数优化装置还能确定稳定极限；在所述确定稳定极限中，基于初始值确定稳定极限。
(30)根据(29)所述的控制参数优化装置，在所述确定稳定极限中，不断改变所述控制参数的初始值，使所述受控对象的系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
本发明的另一方面还提供(31)一种存储介质，其存储使至少一个处理器能够执行以下操作的程序：对硬件在环仿真系统的仿真结果进行拟合插值，获得受控对象工作在预期状态下的控制参数，以实现控制参数的参数优化处理；其中，在所述参数优化处理中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
(32)根据(31)所述的存储介质，还包括使所述至少一个处理器可执行以下操作的程序：对所述仿真结果进行指标分析，如果所述控制参数未能达到预期状态下的所述控制系统的性能指标，进行所述仿真步长的计算，选择合适的所述仿真步长进行仿真，获得预期状态下的所述控制参数。
(33)根据(31)所述的存储介质，还包括使所述至少一个处理器可执行以下操作的程序：在所述指标分析中，利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成所述控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
(34)根据(25)～(28)任意一项所述的存储介质，还包括使所述至少一个处理器可执行以下操作的程序：进行初始值计算和确定稳定极限；在所述初始值计算中，设计不包含扰动的控制器参数，得到所述控制参数的初始值；在所述确定稳定极限中，基于所述初始值确定稳定极限。
(35)根据(34)所述的存储介质，还包括使所述至少一个处理器可执行以下操作的程序：在所述确定稳定极限中，不断改变所述控制参数的初始值，使所述受控对象的系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
通过本发明所记载的以上技术方案与现有技术相比，借助于硬件在环仿真强大的数据计算能力，具有准确的能力得到优化后的系统控制参数，仿真速度能够满足硬件在环仿真的实时性要求，可靠性高，实现了机电装置工作性能的优化。
附图说明：
图1为本发明一实施方式的受控对象模型的控制参数优化流程图；
图2为本发明一实施方式的建模计算机的整体结构框图；
图3为发明一实施方式的硬件在环仿真系统的结构示意图；
图4为发明一实施方式的受控对象控制系统的半物理仿真模型概图；
图5为发明一实施方式的参数优化流程图。
具体实施方式
下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。
图1为本实施方式中的受控对象控制参数优化流程图。如图1所示，首先根据受控对象控制系统基本参数构建半物理仿真模型(步骤S1)，将所构建的半物理仿真模型引入硬件在环仿真系统，该硬件在环仿真系统对所构建的半物理仿真模型进行实时处理和计算，获得硬件在环仿真结果(步骤S2)，对上述硬件在环仿真结果进行参数优化(步骤S3)。
图2为本实施方式的建模计算机的整体结构框图。如图2所示，建模计算机20可以由个人电脑(PC)等构成，主要由包括CPU、ROM和RAM等组成数据处理控制器21、显示器22和键盘23。数据处理控制器21主要由CPU21a、ROM21b、RAM21c、硬盘21d、读取装置21e、输出输入接口21f、通信接口21g和图像输出接口21h构成。CPU21a、ROM21b、RAM21c、硬盘21d、读取装置21e、输出输入接口21f、通信接口21g和图像输出接口21h通过总线21i相互连接，可以互相收发控制信号和控制上的计算数据等。显示器22用于显示所构建的半物理仿真模型等。
CPU21a可以执行存储在ROM21b的计算机程序和读到RAM21c中的计算机程序。
ROM21b由只读存储器、PROM、EPROM、EEPROM等构成，存储由CPU21a执行的计算机程序及其所用数据等。RAM21c由SRAM或DRAM等构成，用于读取存储在ROM201b和硬盘21d的计算机程序。RAM21c还可以作为CPU21a执行这些计算机程序时的工作空间。
硬盘21d储存有操作系统和应用程序等供CPU21a执行用的各种计算机程序及其执行该计算机程序所用的数据。本实施方式中的参数优化用应用程序7a也储存在此硬盘21d中。
读取装置21e由软驱、CD-ROM驱动器或DVD-ROM驱动器等构成，可读取存储于便携型存储介质7的计算机程序或数据。便携型存储介质7存储有参数优化用应用程序7a，计算机20可从该便携型存储介质7读取应用程序7a，将其装入硬盘21d。
上述应用程序7a不仅可由便携型存储介质7提供，也可以通过电子通信线路从该电子通信线路(不论有线、无线)连接的、可与计算机20通信的外部机器上下载。比如，上述应用程序7a存储于网络服务器的硬盘中，计算机20可访问此服务器，下载该应用程序7a，装入硬盘21d。
硬盘21d装有比如美国微软公司生产的Windows(注册商标)等提供图形用户界面的操作系统。在以下说明中，本实施方式的应用程序7a均在上述操作系统上执行。
输出输入接口21f由比如USB、IEEE1394、RS－232C等串行接口、SCSI、IDE、IEEE1284等并行接口和由D/A转换器和A/D转换器等组成的模拟信号接口构成。输出输入接口21f接键盘23，用户可以用键盘23直接向计算机20输入数据。
通信接口21g可以是比如Ethernet(以太网，注册商标)接口。计算机20通过该通信接口21g可以使用一定的通信协议与仿真运行环境33之间传送数据。
图像输出接口21h与由LCD或CRT等构成的显示器22连接，将与从CPU21a接收的参数优化数据相应的模型信号输出到显示器22。因此，显示器22可以按照输入的模型信号显示模型(画面)。
装在数据处理控制器21硬盘21d中的参数优化用应用程序7a主要功能是用硬件在环仿真系统对对上述半物理仿真模型进行参数优化。
图3为本实施方式的硬件在环仿真系统的结构示意图。如图3所示，硬件在环仿真系统具备运行仿真模型的高速处理器333、用于反馈的实时接口(如电流传感器、旋转编码器3312等接口)和控制信号输出接口(未图示)。这些特征构成了硬件在环仿真必需的输入、输出以及反馈，使系统的各个模块有机的结合在一起。具有配套的相关软件，能在线修改硬件在环仿真模型的各个参数值，仿真结果能可视化，数据能完整的保存。
上述硬件在环仿真系统具有仿真运行环境33包括受控对象331、功率板332和高速处理器333，其通过接口卡32与半物理仿真模型的建模计算机31通信连接。
根据机电装置控制系统的基本参数构建半物理仿真模型。在建模计算机31(PC机)上用MATLAB/Simulink对受控对象(例如机电装置)进行建模，获得上述半物理仿真模型。上述半物理仿真模型通过建模计算机31上的AD卡、DA卡和IO卡等接口卡32与仿真运行环境33通信，其中上述仿真运行环境33包括实时高速处理器333。上述仿真运行环境33运行上述半物理仿真模型，以此来模拟作为受控对象的运行状态，并通过I/O接口等与作为受控对象进行连接，计算出控制参数初始值，在初始值邻域范围内对控制参数进行硬件在环仿真，得到系统性能指标。
上述处理器333从编码器3312实时采集受控对象的电机3311的转速和电角度等数据，同时通过功率板332获取电流的反馈等数据并向受控对象的电机3311给定输入数据。
上述实施方式中，在建模计算机31的MATLAB/Simulink中加入用于对上述受控对象进行建模的插件，以对上述受控对象进行建模。
图4为本实施方式的受控对象控制系统的半物理仿真模型概图。如图4所示，对上述半物理仿真模型采用模块化进行建模。所构建的模型能够完整的反映出整个系统的特征，包括装置系统的高阶特征和负载的扰动等，使得优化之后能够最大限度削弱这些特征带来的负面影响。
具体而言，先将上述半物理仿真模型进行整体建模，将受控对象(比如电机)的控制做成控制系统模块1，外加使能控制模块2和中断控制模块3。
在上述实施方式中，在受控对象控制系统(例如机电装置)的半物理仿真模型构建过程中加入使能控制模块2和中断控制模块3，使其区别于现有计算机仿真模型。上述中断控制模块3是指使用中断控制模块作为电流环和速度环的触发条件，采用中断触发建立仿真模型，是使仿真模型编译后能正常控制实际受控对象的基础。上述中断控制模块3决定了上述半物理仿真模型中的最快触发，其最大的优点是触发和脉冲宽度调制(PWM)波信号脉冲同步。上述使能控制模块2可在不影响对比如速度、电流等相关参数采样的条件下，单独控制PWM波信号的输出，从而在建模过程中，当检测到过流信号时，可在一个PWM周期的时间内将此使能控制模块2置零，保护硬件平台不受损坏。
上述控制系统模块不做过度简化，保留更多能够反映系统状态的模块，保证在初始值计算和优化过程体现上述受控对象(例如机电装置)的实际工作状态，其包含三个子模块：输入量模块4、控制部分模块5和输出量模块6。上述输入量模块4的输入量包括转速、电角度和电流的反馈等参数，其中受控对象的电机转子的上述转速和电角度通过上述受控对象(电机)自带的编码器3312(参见图3)获得，上述电流的反馈由功率板332上的电流传感器(未图示)获得(参见图3)。上述控制部分模块5用于控制转速、电流和PWM波的产生等，其中上述控制部分模块5通过控制转速以控制产生电流iq，通过控制电流以控制生成电压ud、uq，通过上述电压的信号以控制生成PWM波。上述输出量模块6利用PWM波占空比和PWM波周期生成功率板332所需要的PWM波。
图5为本实施方式的参数优化流程图。参数优化是利用MATLAB对硬件在环仿真结果进行拟合插值，生成控制参数和系统性能指标的曲面图，得到机电装置工作在预期状态下的控制参数。如图4所示，基于上述硬件在环仿真结果，进行初始值计算(步骤S41)。在初始值计算步骤中，设计不包含扰动的控制器参数Gc(S),得到控制参数的初始值。
优选地，在本实施方式中，上述控制参数为电机速度环比例增益参数Kc和积分时间常数τ1，即上述参数优化方法用于优化电机速度环比例增益参数Kc和积分时间常数τ1，不考虑微分调节；在初始值计算步骤中，所得到的初始值为电机速度环比例增益参数Kc和积分时间常数τ1的初始值。
更优选地，在本实施方式中，机电装置的完整模型G(S)可描述为：
其中：Gc(S)为不包含扰动的控制器参数，GK(S)为伺服系统控制对象的模型，GC为控制参数、GP为驱动器，GL为机械结构；J为电机转子惯量；RΩ为阻尼系数；Ki为电流环放大倍数；Ton为速度反馈滤波时间常数；β为电流反馈系数；ωn为机电装置角频率；ξ为机电装置阻尼比；Pn为电机极对数；ψf为电机永磁体励磁磁链；Kfn为速度反馈系数。
基于所获的上述初始值计算结果，确定稳定极限(步骤S42)。不断改变上述控制参数的初始值，使系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
优选地，在本实施方式中，在上述确定稳定极限步骤中，电机速度环比例增益临界系数Ku0＝1.2Kc，不断改变电机速度环比例增益临界系数Ku0至极限参数Ku,使系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数Ku和系统临界振荡周期Tu。
基于所确定的稳定极限，进行仿真运算(步骤S43)。在控制参数范围内，通过硬件在环仿真获得数据点的坐标向量，得到受控对象的系统的性能指标数据。上述数据点的性能指标为矩阵。
优选地，在本发明中，可以利用controldesk软件创建实验界面，能简洁方便地实现对数据采集、参数优化、模型控制以及参数和指标的可视结果，具有很强的灵活性和适应性，对仿真和测试能够给出直观的分析结果。同时，
对仿真运算结果进行指标分析，判断上述控制参数是否达到预期状态下的系统性能指标(步骤S44)。在步骤S44中，可以利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
如果上述控制参数未能达到预期状态下的系统性能指标(步骤S44：否)，进行仿真步长的计算，以选择合适的仿真步长(步骤S45)，然后返回步骤S43。在步骤S45中，选择合适的仿真步长是为了达到较理想的仿真效果；若仿真步长过小，会大大增加仿真运算时间；若仿真步长过大，则难以寻找到较优的参数。
如果上述控制参数达到预期状态下的系统性能指标(步骤S44：是)，结束参数优化程序，并返回最优控制参数(步骤S46)。
在上述实施方式中，进行半物理仿真建模的受控对象可以机电装置，也可以是其它装置，包括但不限于数控装置、机器人、电机、汽车、以及其它机械系统。上述电机可以是永磁同步电机。
在本发明中，优选dSPACE仿真平台。dSPACE是基于MATLAB/Simulink的实时仿真系统，实现了软硬件之间的无缝连接，是半物理仿真仿真的首选平台，能够大大缩短系统开发和测试的周期。在上述dSPACE仿真平台，基于半物理仿真模型生成sdf文件，导入软件controldesk中，dSPACE通电产生PWM波。波形驱动功率板，通过功率板上的逆变器产生三相电压，带动电机旋转。在controldesk中创建硬件在环仿真界面，电机的转速和电流反馈到界面上，达到可视化仿真。
具体而言，在上述半物理仿真模型的构建中，基于matlab/simulink模型实现，生成sdf文件，产生PWM波。在硬件在环仿真中，PWM波通过功率板驱动电机，在controldesk中创建界面，在界面中得到电机的数据(电流、转速)，达到一个可视化仿真。然后，controldesk得到的结果，经过MATLAB处理，寻找到最优的控制参数，以此进行参数优化。
控制参数初始值计算过程中，由于机电装置的稳定性受到负载的影响，相同的控制参数在不同的负载条件下，有些工作良好，有些则会出现不稳定现象。在较为苛刻的负载条件下，稳定边界会小于较为良好的负载条件。因此，需要对稳定边界进行实时调整计算，使控制器参数能够满足不同的工况。
根据PI控制器设计经验，最优参数一般在理论值的一个邻域内，因此只需要在以上计算得到经验值的邻域进行仿真优化即可。由R.Padma Sree的研究可知，使用ε＝20％能够满足机电装置对控制器参数的优化要求，并且可以使优化区域在一个较小的合理范围，这样能够提高参数优化的效率。
在参数优化过程中，为了保证最终输出的结果是满足性能指标的最优结果，有必要对每一个目标点进行仿真分析。在优化中选择模型中预留的转速波动指标接口和转矩波动指标接口分别进行仿真优化。在不同的运行状态，针对相应的指标，系统存在较优的控制参数，能有效提高机电装置性能。
本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。
Claims (12)
1.一种仿真模型控制参数的优化方法,包括：
模型的构建，根据受控对象的控制系统基本参数构建半物理仿真模型；
硬件在环仿真，对所述半物理仿真模型进行仿真处理，获得仿真结果；
参数优化，对所述仿真结果进行拟合插值，获得所述受控对象工作在预期状态下的控制参数；
其中，在所述参数优化步骤中，通过对所述仿真结果的指标分析和仿真步长的计算，获得预期状态下的所述控制参数。
2.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：
所述半物理仿真模型包括所述受控对象的控制模型、中断控制模块和使能控制模块；其中，
所述中断控制模块能够使用中断控制模块作为电流环和速度环的触发条件，使所述半物理仿真模型编译后能正常控制所述受控对象的基础；
所述使能控制模块能够在不影响对相关参数采样的条件下，单独控制PWM波的输出。
3.根据权利要求2所述的控制参数优化方法，其特征在于：
所述控制模型包括输入量模块、控制部分模块和输出量模块；
其中，所述输入量模块用于输入转速、电角度和电流的反馈；所述控制部分模块用于控制转速、电流和PWM波的产生；所述输出量模块利用所述PWM波占空比和PWM波周期生成PWM波。
4.根据权利要求3所述的控制参数优化方法，其特征在于：所述控制部分模块通过控制转速以控制产生电流，通过控制电流以控制产生电压，基于所述电压流信号产生控制生成所述PWM波的信号。
5.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：在所述参数优化步骤中，对每一个目标点进行仿真分析。
6.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：在所述参数优化步骤中，对所述仿真结果进行指标分析，如果所述控制参数未能达到预期状态下的所述控制系统的性能指标，进行所述仿真步长的计算，选择合适的所述仿真步长进行仿真，获得预期状态下的所述控制参数。
7.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：所述控制参数为电机速度环比例增益参数和积分时间常数。
8.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：在所述指标分析的步骤中，利用MATLAB对矩阵进行拉格朗日插值拟合，生成所述控制参数和系统性能指标的曲面图，并求出极值点。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的控制参数优化方法，其特征在于：
所述参数优化步骤还包括初始值计算和确定稳定极限；
在所述初始值计算步骤中，设计不包含扰动的控制器参数，得到所述控制参数的初始值；
在所述确定稳定极限步骤中，基于所述初始值确定稳定极限。
10.根据权利要求9所述的控制参数优化方法，其特征在于：
在所述确定稳定极限步骤中，不断改变所述控制参数的初始值，使所述受控对象的系统单位阶跃响应为等幅振荡，通过仿真微调得到稳定极限参数和系统临界振荡周期。
11.根据权利要求1～8任意一项所述的控制参数优化方法，其特征在于：所述受控对象为永磁同步电机，所述永磁同步电机的完整模型G(S)可描述为：
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<mi>G</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>S</mi>
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</mrow>
<mo>=</mo>
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<mrow>
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其中：Gc(S)为不包含扰动的控制器参数，GK(S)为伺服系统控制对象的模型，GC为控制参数、GP为驱动器，GL为机械结构；J为电机转子惯量；RΩ为阻尼系数；Ki为电流环放大倍数；Ton为速度反馈滤波时间常数；β为电流反馈系数；ωn为机电装置角频率；ξ为机电装置阻尼比；Pn为电机极对数；ψf为电机永磁体励磁磁链；Kfn为速度反馈系数。
12.根据权利要求1所述的控制参数优化方法，其特征在于：在硬件在环仿真步骤中，在控制参数范围内，通过硬件在环仿真获得数据点的坐标向量，得到所述受控对象的系统的性能指标数据。
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