CN109428532A - 用于抗扰动控制的交流伺服系统控制参数优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于抗扰动控制的交流伺服系统控制参数优化方法，包括：获取一组PI初始参数和所述一组PI初始参数附近一定范围内的另外两组PI初始参数；基于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数进行PI参数优化处理，获取优化后的PI参数；对所述优化后的PI参数进行评价，判断所述优化后的PI参数是否满足优化结束条件；如果所述优化后的PI参数满足优化结束条件，获得目标PI参数。本发明还提供一种设置PI初始参数的方法。
Description
技术领域：
本发明属于数控加工技术领域，涉及一种交流伺服系统控制参数优化和抗负载扰动控制方法。
技术背景：
在过去几十年中，交流伺服系统对工业的发展进程起到了至关重要的作用，被广泛的应用于国民经济、日常生活、航空航天和武器装备等各领域。
采用永磁同步电机的交流伺服系统主要包括伺服驱动器、永磁同步电机、反馈检测装置、被控机械机构等。其中伺服驱动器是交流伺服系统的核心组成部分，负责根据反馈信息和相关算法为伺服系统提供精准的电机运动控制信号。目前工业上主要采用简单定参数PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分)的控制原则来设计伺服驱动器。然而虽然PID控制在工业上应用广泛、结构简单，但是为了达到鲁棒性强、可靠性高、调速范围宽、定位精度高、响应速度快、低超调等优点，必须采用科学的理论对PID参数进行整定与优化，才能完全发挥其优势并使系统达到最佳的控制性能。
然而在实际工况中伺服系统的控制算法中存在模型算法离散化误差、逆变器饱和、执行机构死去饱和、变摩擦系数、负载对象各项参数不确定等，因此在对伺服系统尤其是速度环进行参数整定时，有众多因素需要考虑，很难找到具有最佳控制性能的控制参数，因此在实际应用中伺服系统控制参数整定主要分为两个过程：1)出厂前根据其电气参数对电流控制参数进行整定；2)安装调试时由工程师凭借工作经验手动调试速度环控制参数，直到达到所谓的最优控制效果，调试结果与工程师的实际经验密切相关。因此，实际运行的伺服系统大多没有达到最优的控制性能，甚至由于调试工程师的从业素质不佳，个别伺服系统远没有达到规定的控制性能便投入使用，造成加工质量不高、数控机床寿命下降影响生产进度。
目前的理论大多是先对伺服系统进行理论建模，通过经典控制工程理论对模型中的比例-积分控制参数(PI参数，Proportional-Integral)进行整定，得出理论最优PI参数，然后在理论最优PI参数邻域内，根据现场伺服运转性能对PI参数进行实际优化，最终找到合适的PI参数。
经过参数优化后伺服系统各项控制性能已经达到了较好的效果，然而在实际伺服系统运转过程中难免会出现外部负载扰动、转动惯量变化、阻尼系数改变等现象，使得经过参数整定所得控制参数已无法与所控对象相匹配，最终引起控制性能下降、转速波动、加工质量下降等情况，为了避免上述情况，必须对伺服系统的各项扰动进行估计，并在扰动改变时候及时对伺服系统的相关参数进行补偿，以提高伺服系统的控制性能。
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，本发明提供一种用于抗扰动控制的交流伺服系统控制参数优化方法，包括：获取一组PI初始参数和所述一组PI初始参数附近一定范围内的另外两组PI初始参数；基于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数进行PI参数优化处理，获取优化后的PI参数；对所述优化后的PI参数进行评价，判断所述优化后的PI参数是否满足优化结束条件；如果所述优化后的PI参数满足优化结束条件，获得目标PI参数。在本实施方式中，将优化所获得的目标PI参数用于抗扰动控制，使伺服系统获得良好的动态跟踪性能和较强的负载抗扰动性能。
优选地，利用评价函数对所述优化后的PI参数进行评价，其中所述评价函数为时间与绝对误差乘积的积分。
优选地，所述一组PI初始参数附近一定范围为所述一组PI初始参数的±20％。
优选地，所述PI初始参数包括电流环初始参数和速度环初始参数；所述优化后的PI参数包括优化后的电流环参数和优化后的速度环参数。
优选地，基于指令电流和反馈电流对所述优化后的电流环参数进行评价；基于指令转速和反馈转速对所述优化后的速度环参数进行评价。
优选地，用如下公式对所述优化后的电流环参数进行评价：
其中，yi *(t)为指令电流，yi(t)为反馈转速，p为惩罚因子，Pi指的是电流环比例参数，Ii为电流环积分参数，t为时间；
优选地，用如下公式对所述优化后的速度环参数进行评价：
其中，yn *(t)为指令转速，yn(t)为反馈转速，p为惩罚因子，Pn指的是速度环比例参数，In为速度环积分参数，t为时间。
优选地，在PI参数优化处理过程中，需要对所述优化后的PI参数进行评价时，中断PI参数优化处理，将所需计算点的PI参数传入伺服系统进行运转，获得PI参数优化处理过程所需评价指标值，以判断是否满足优化结束条件。
优选地，所述的交流伺服系统控制参数优化方法还包括：将所述优化后的PI参数输入扩张状态观测器对伺服系统的负载进行估计，获得估计值。
优选地，所述估计值经过转换后用于对指令电流进行前馈补偿。
优选地，利用所述评价函数分别求得所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值，进行比较排序，获得排序结果；根据所述排序结果确定接下来优化的方向。
优选地，所述确定接下来优化的方向的步骤，包括求解反射点的评价函数值，以及将所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值进行比较排序。
优选地，所述求解反射点的评价函数值为使得所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值构成一个平行四边形。
优选地，所述确定接下来优化的方向的步骤，至少包括下述步骤之一：1)若所述反射点的评价函数值要好于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的最优点，表明所取优化方向为正确；2)若所述反射点的评价函数值在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次优点与最优点之间，舍弃掉所述最差点，组成一个新的单纯形；3)若所述反射点的评价函数值介于在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次好点与最差点之间，往回收缩；4)若所述反射点的评价函数值比所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的所有值都要差，在所选优化方向上进行收缩。
优选地，在步骤1)中，以1.2～2.0的扩张因子进行扩张。
优选地，以0.5的收缩因子往回收缩。
优选地，优化结束条件如下：
其中：gH、gL分别为单纯形中评价指标值最大和最小值，而ε为优化收敛条件。
优选地，所述的交流伺服系统控制参数优化方法还包括：建立的所述扰动观测器。
本发明另一方面还提供了一种用于抗扰动控制的交流伺服系统控制参数优化装置，包括：至少一个处理器，所述至少一个处理器能够进行如下操作：获取一组PI初始参数和所述一组PI初始参数附近一定范围内的另外两组PI初始参数；基于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数进行PI参数优化处理，获取优化后的PI参数；对所述优化后的PI参数进行评价，判断所述优化后的PI参数是否满足优化结束条件；如果所述优化后的PI参数满足优化结束条件，获得目标PI参数。在本实施方式中，将优化所获得的目标PI参数用于抗扰动控制，使伺服系统获得良好的动态跟踪性能和较强的负载抗扰动性能。
优选地，所述至少一个处理器能够利用评价函数对所述优化后的PI参数进行评价，其中所述评价函数为时间与绝对误差乘积的积分。
优选地，所述至少一个处理器能够分别对电流环参数和速度环参数进行优化。
优选地，所述至少一个处理器能够基于指令电流和反馈电流对所述优化后的电流环参数进行评价；所述至少一个处理器能够基于指令电流和反馈转速对所述优化后的速度环参数进行评价。
优选地，在PI参数优化处理过程中，需要对所述优化后的PI参数进行评价时，所述至少一个处理器能够中断PI参数优化处理，将所需计算点的PI参数传入伺服系统进行运转，获得PI参数优化处理过程所需评价指标值，以判断是否满足优化结束条件。
优选地，所述至少一个处理器能够将所述优化后的PI参数输入扩张状态观测器对伺服系统的负载进行估计，获得估计值。
优选地，所述至少一个处理器能够将所述估计值进行转换后用于对指令电流进行前馈补偿。
优选地，所述至少一个处理器能够利用所述评价函数分别求得所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值，进行比较排序，获得排序结果，并根据所述排序结果确定接下来优化的方向。
优选地，所述至少一个处理器能够求解反射点的评价函数值，以及将所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值进行比较排序。
优选地，所述至少一个处理器求解反射点的评价函数值，使得所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值构成一个平行四边形。
优选地，所述至少一个处理器能够进行至少下述步骤之一：
1)若所述反射点的评价函数值要好于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的最优点，表明所取优化方向为正确；
2)若所述反射点的评价函数值在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次优点与最优点之间，舍弃掉所述最差点，组成一个新的单纯形；
3)若所述反射点的评价函数值介于在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次好点与最差点之间，往回收缩；
4)若所述反射点的评价函数值比所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的所有值都要差，在所选优化方向上进行收缩。
优选地，所述至少一个处理器能够建立的所述扰动观测器。
本发明另一方面还提供了一种存储介质。
本发明另一方面还提供了一种设置PI初始参数的方法，包括：获取电机的基本参数；基于所述基本参数获取所述电机运行中的实际参数；基于所述实际参数获取所述电机的一组PI初始参数。
优选地，所述一组PI初始参数包括速度环PI初始参数和电流环PI初始参数。
优选地，所述实际参数包括所述电机的定子电阻参数和定子电感参数。
优选地，给逆变器输入两组正弦激励电压，对所述电机进行堵转，通过检测装置检测所述电机实际电流响应，求得所述定子电阻参数和所述定子电感参数。
通过本发明所记载的以上技术方案与现有技术相比，设计一组初始较好的PI参数，借助单形替换法能够快速搜索到使交流伺服系统性能最优的控制参数。通过建立扰动观测器进行电机电流前馈补偿，使伺服系统具有良好的动态跟踪性能和较强的负载抗扰动性能，可靠性高。
附图说明：
图1为本发明一实施方式的交流伺服控制系统的结构图；
图2为本发明一实施方式交流伺服系统控制装置的结构框图；
图3为本发明一实施方式获取PI初始参数的流程图；
图4为本发明获取电机的定子电阻参数和定子电感参数的一个实施例；
图5为本发明一实施方式的参数优化流程图；
图6为本发明获取最优PI参数的一个实施例；
图7为本发明获取最优PI参数的一个实施例。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。而且，本发明中所提到的“最优”、“最差”、“最大”、“最小”也可以理解为是相对而言，不局限于绝对的情况。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1为本发明一实施方式的交流伺服控制系统的结构图。如图1所示，交流伺服系统控制装置2与驱动装置1和电机3通信连接，通过控制上述驱动装置1以控制上述电机3的运行，从而驱动机械传动机构。上述交流伺服系统控制装置2可以是台式电脑、个人数字助理(PDA)、手持计算机、膝上型计算机、平板电脑、嵌入式单片机等。上述通信连接可以是有线的或无线的。具体地，上述通信连接的示例可以包括(但不限于)：有线电缆或光纤型网络、或者移动或蜂窝网络或WLAN(“无线局域网”，可能是802.11(或WiFi)或者WiMAX型的)、或者还可能是蓝牙型的无线短距离通信网络。
图2为本发明一实施方式交流伺服系统控制装置的结构框图。如图2所示，上述交流伺服系统控制装置2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计算数据等。显示器22用于显示计算和参数优化结果等。
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和抗扰动控制用应用程序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存储有参数优化和抗扰动控制用应用程序7a，上述交流伺服系统控制装置2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、可与上述交流伺服系统控制装置2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，上述交流伺服系统控制装置2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UBS、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直接向上述交流伺服系统控制装置2输入数据。
通信接口21g可以是比如Ethernet(以太网，注册商标)接口。上述交流伺服系统控制装置2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接收的计算和参数优化结果等信号输出到显示器22。因此，显示器22可以计算和参数优化结果(画面)。
装在数据处理控制器21硬盘21d中的参数优化和抗扰动控制用应用程序7a主要功能是对交流伺服系统控制参数进行优化与抗扰动控制。
图3为本发明一实施方式获取PI初始参数的流程图。如图3所示，获取上述电机3的基本参数(步骤S1)。上述基本参数可以是上述电机3出厂时的参数，例如上述基本参数可以是上述电机3的铭牌上所标注的参数或参数范围。基于上述基本参数获取上述电机3运行中的实际参数，例如上述电机3的定子电阻参数和定子电感参数(步骤S2)。如图4所示，图4是获取上述电机3的定子电阻参数和定子电感参数的一个实施例。给逆变器31输入两组正弦激励电压(幅值相同，频率不同)，考虑上述电机3的反电动势的影响，对上述电机3进行堵转(目的消除反电动势的影响)，通过检测装置32检测上述电机3实际电流响应，则会得到两组方程，通过求解方程获得上述电机3的定子电阻和电感的实际值。
其中：G(ω)为实际电流幅值，Rs为电机定子电阻，Kt为电流力矩系数，KV为逆变器放大倍数，Lq为电机定子电感，τV为逆变器时间常数，Toi为电流反馈滤波时间常数，ω为激励电压频率，其中，G(ω)可以通过实验获得，其他参数为已知，求解二元一次方程组即可求解Rs，Lq的实际值。
基于上述获取的实际参数获取上述电机3的一组PI初始参数(步骤S3)。优选地，上述一组PI初始参数可以包括速度环PI初始参数、电流环PI初始参数、磁链环PI初始参数等。更优选地，上述一组PI初始参数包括速度环PI初始参数和电流环PI初始参数。其中，上述电流环PI初始参数可以利用以下公式获得：
其中：Kpc为电流环比例时间常数，τic为电流环积分时间常数，Lq为电机定子电感，Rs为电机定子电阻，β为电流环放大倍数；KV为逆变器放大倍数，τV为逆变器时间常数，Toi为电流反馈滤波时间常数；
上述速度环PI初始参数可以利用以下公式获得：
其中，J为电机转动惯量，Kt为电流力矩系数，Kfn为速度环反馈增益系数，Ton为速度环反馈滤波时间常数，Kpn为速度环比例时间常数，τin为速度环积分时间常数，τic为电流环积分时间常数。
图5为本发明一实施方式的参数优化流程图。如图5所示，获取上述一组PI初始参数和上述一组PI初始参数附近一定范围内的另外两组PI初始参数(步骤S21)。用户可以通过上述交流伺服系统控制装置2的键盘23或触摸屏(未图示)等输入装置输入上述一组PI初始参数和上述基本参数的参数范围，上述交流伺服系统控制装置2的数据处理控制器21基于上述一组PI初始参数获取上述一组PI初始参数附近的另外两组PI初始参数。或者，用户基于上述一组PI初始参数获取上述一组PI初始参数附近的另外两组PI初始参数，并将包括上述一组PI初始参数和上述另外两组PI初始参数在内的三组PI初始参数通过上述交流伺服系统控制装置2的键盘23或触摸屏(未图示)等输入装置输入上述交流伺服系统控制装置2。
其中，上述另外两组PI初始参数可以在上述一组PI初始参数附近的一定范围内任意选取。例如，可以基于上述电机3的铭牌上所标注的上述基本参数范围，获取不同的PI初始参数，从其中在上述一组PI初始参数附近的一定范围内任意选取上述另外两组PI初始参数。优选地，上述一定范围为上述一组PI初始参数的±20％。
基于上述三组PI初始参数进行优化处理，获取优化后的PI参数(步骤S22)。对优化后的PI参数进行评价，判断是否满足优化结束条件(步骤S23)。优选地，通过评价函数对优化后的PI参数进行评价。如果优化后的PI参数不是最优PI参数，则判断未满足优化结束条件(步骤S23：否)，回到步骤S22继续进行优化处理。如果优化后的PI参数为最优PI参数，则判断满足优化结束条件(步骤S23：是)，获得目标PI参数(步骤S24)。将优化后的PI参数(即目标PI参数)输入扩张状态观测器(未图示)对上述电机3(伺服系统)的负载进行估计，获得估计值(步骤S25)。将上述估计值经过转换对指令电流进行前馈补偿(步骤S26)。
上述实施方式中，上述获得目标PI参数是通过判断优化后的PI参数是否满足优化结束条件来确定优化后的PI参数是否是最优PI参数，即如果优化后的PI参数满足优化结束条件来则确定优化后的PI参数是最优PI参数(即目标PI参数)。
上述实施方式中，通过将优化后的PI参数(即目标PI参数)输入扩张状态观测器(未图示)对上述电机3(伺服系统)的负载进行估计，获得估计值，并将上述估计值经过转换对指令电流进行前馈补偿，以进行抗扰动控制。在本实施方式中，将优化所获得的目标PI参数用于抗扰动控制，使伺服系统获得良好的动态跟踪性能和较强的负载抗扰动性能。
在上述实施方式中，最优PI参数可以是相对最优，也可以是绝对最优。
在上述实施方式中，优选地，上述评价函数为时间与绝对误差乘积的积分。
在上述实施方式中，优选地，可以通过如下方式完成优化处理：如图6所示，上述评价函数可以为二元函数f(x,y)，在xy平面内取上述一组PI初始参数x1和上述一组PI初始参数附近的另外两组PI初始参数x2、x3，由上述三组PI初始参数x1、x2、x3组成单纯形(即三角形)，计算其函数值，设：
f(x1)＞f(x2)＞f(x3) (4)
为了寻找极小值(最优PI参数)，应向上述一组PI初始参数x1的反方向寻找，即沿上述一组PI初始参数x1与上述另外两组PI初始参数x2和x3的中点PI参数x4的连线方向搜索，在此方向上取点PI参数x5，满足：
x5＝x4+(x4-x1)＝2x4-x1 (5)
由此，如果获得由上述三组PI初始参数x1、x2、x3和PI参数x5组成平行四边形，PI参数x5也称为反射点。
对于上述最优PI参数的获取处理过程，优选地，可以例如进行如下处理：
当f(x5)＜f(x3)时，证明PI参数x5要好于上述三组PI初始参数x1、x2、x3中的最优点，表明所取方向为正确的优化方向，为了加快优化速度，应在该点的基础上进行扩张，扩张点可表示为：
x6＝x4+α(x4-x1) (6)
其中，α为扩张因子，优选地，可取α＝1.2～2.0。
如果f(x6)＜f(x5)，则表明扩张方向正确，因此新的单纯形可表示为三组PI初始参数x2、x3、x6；否则舍弃PI参数x6，仍以上述PI参数x5代替x1组成单纯形。
当f(x3)≤f(x5)＜f(x2)，表明上述PI参数x5在上述三组PI初始参数x1、x2、x3中的次优点与最优点之间，于是以上述PI参数x5代替x1组成新的单纯形。
当f(x2)≤f(x5)＜f(x1)，即上述PI参数x5介于上述三组PI初始参数x1、x2、x3中的次好点与最差点之间，证明上述PI参数x5走的太远，应往回收缩一点，取收缩点为：
x7＝x4+β(x5-x4) (7)
式子(7)中β为收缩因子，优选地，取为β＝0.5。
如果f(x7)＜f(x1)，则新的单纯形可表示为x2、x3、x7，否则所选单纯形进行缩边。
当f(x5)≥f(x1)，表示上述PI参数x5比所有点都要差，因此在所选方向上进行收缩产生x8，满足：
x8＝x4-β(x1-x4) (8)
如果收缩点x8满足f(x8)＜f(x1)，应构建新的单纯形x2、x3、x8进行新的优化，否则在所选单纯形上进行缩边。
若在直线x1-x4上所有点都比最差点还要差，说明不应在该方向上进行搜索。如图7，将点x1、x2向点靠近x3，使新点位于所在边的中点，产生新的单纯形x3、x9、x11，返回第一步继续进行优化。
以此，通过不断进行上述PI参数优化处理过程，最终获取最优PI参数。
在上述实施方式中，优选地，在上述优化处理过程中，需要对优化后的PI参数进行评价，即需要某个点的评价指标值时，可以中断上述优化处理，将所需计算点的PI参数传入上述电机3(伺服系统)进行一个周期的运转，获得上述优化处理过程所需评价指标值，以判断是否满足优化结束条件，即优化后的PI参数是不是最优PI参数。
在上述实施方式中，优选地，优化后的PI参数包括优化后的电流环参数和优化后的速度环参数，对上述电流环参数进行优化处理时，可以基于指令电流和反馈电流对优化后的电流环参数进行评价。更优选地，上述评价可以选择下述公式：
其中，yi *(t)为指令电流，yi(t)为反馈电流，p为惩罚因子，Pi指的是电流环比例参数，Ii为电流环积分参数，t为时间。
对上述速度环参数进行优化处理时，可以基于指令转速和反馈转速对优化后的速度环参数进行评价。更优选地，上述评价可以选择下述公式：
其中，yn *(t)为指令转速，yn(t)为反馈转速，p为惩罚因子，Pn指的是速度环比例参数，In为速度环积分参数，t为时间。
在上述实施方式中，优选地，上述优化结束条件如下：
其中：gH、gL分别为单纯形中评价指标值最大和最小值，而ε为优化收敛条件。
在上述实施方式中，优选地，还包括扰动观测器的建立步骤，将最优PI参数输入所建立的扩张状态观测器，并对上述电机3的负载进行估计，获得估计值。更优选地，所述建立的扰动观测器如下：
其中，θ为电机电角度，z1为θ的估计，e为电角度估计的误差，ω为电机转子角速度，z2为ω的估计，a(t)为电机角加速度，z3为a(t)的估计，为z1的导数，为z2的导数，为z3的导数，fal(e,α,δ)为自抗扰函数，α为0到1之间的常数，β1为电机电角度估计系数，β2为电机角速度估计系数，β3为电机角加速度估计系数，Kt为电流力矩系数，iq为电机q轴电流，J为电机转动惯量；
J为电机的转动惯量，B为伺服系统粘滞摩擦系数，TL为系统负载转矩，iq为电机q轴电流，即该系统的外部输入，ω为电机转子角速度，sign(e)为符号函数。当电机角加速度a(t)、输入电流iq、输出角位移θ时即可采用上述观测器对系统综合扰动力矩进行在线连续估计。
在上述实施方式中，步骤S25中对对指令电流进行前馈补偿的过程如下：
上述电机3简化的力矩平衡方程为：
其中：pd为防止超调的惩罚因子。(为ω的导数)
给指令电流iq补偿即可。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明所公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (22)
1.一种用于抗扰动控制的交流伺服系统控制参数优化方法，包括：
获取一组PI初始参数和所述一组PI初始参数附近一定范围内的另外两组PI初始参数；
基于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数进行PI参数优化处理，获取优化后的PI参数；
对所述优化后的PI参数进行评价，判断所述优化后的PI参数是否满足优化结束条件；
如果所述优化后的PI参数满足优化结束条件，获得目标PI参数。
2.根据权利要求1所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
利用评价函数对所述优化后的PI参数进行评价，其中所述评价函数为时间与绝对误差乘积的积分。
3.根据权利要求1所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
所述一组PI初始参数附近一定范围为所述一组PI初始参数的±20％。
4.根据权利要求1所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
所述PI初始参数包括电流环初始参数和速度环初始参数；
所述优化后的PI参数包括优化后的电流环参数和优化后的速度环参数。
5.根据权利要求4所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
基于指令电流和反馈电流对所述优化后的电流环参数进行评价；
基于指令转速和反馈转速对所述优化后的速度环参数进行评价。
6.根据权利要求5所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
用如下公式对所述优化后的电流环参数进行评价：
其中，yi *(t)为指令电流，yi(t)为反馈电流，p为惩罚因子，Pi指的是电流环比例参数，Ii为电流环积分参数，t为时间。
7.根据权利要求5或6所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
用如下公式对所述优化后的速度环参数进行评价：
其中，yn *(t)为指令转速，yn(t)为反馈转速，p为惩罚因子，Pn指的是速度环比例参数，In为速度环积分参数，t为时间。
8.根据权利要求1～5任意一项所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
在PI参数优化处理过程中，需要对所述优化后的PI参数进行评价时，中断PI参数优化处理，将所需计算点的PI参数传入伺服系统进行运转，获得PI参数优化处理过程所需评价指标值，以判断是否满足优化结束条件。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的交流伺服系统控制参数优化方法，还包括：
将所述优化后的PI参数输入扩张状态观测器对伺服系统的负载进行估计，获得估计值。
10.根据权利要求9所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
所述估计值经过转换后用于对指令电流进行前馈补偿。
11.根据权利要求2所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
利用所述评价函数分别求得所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值，进行比较排序，获得排序结果；
根据所述排序结果确定接下来优化的方向。
12.根据权利要求11所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
所述确定接下来优化的方向的步骤，包括求解反射点的评价函数值，以及将所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值进行比较排序。
13.根据权利要求12所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：
所述求解反射点的评价函数值为使得所述反射点的评价函数值与所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值构成一个平行四边形。
14.根据权利要求11～13任意一项所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于，所述确定接下来优化的方向的步骤，至少包括下述步骤之一：
1)若所述反射点的评价函数值要好于所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的最优点，表明所取优化方向为正确；
2)若所述反射点的评价函数值在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次优点与最优点之间，舍弃掉所述最差点，组成一个新的单纯形；
3)若所述反射点的评价函数值介于在所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的次好点与最差点之间，往回收缩；
4)若所述反射点的评价函数值比所述一组PI初始参数和所述另外两组PI初始参数的评价函数值中的所有值都要差，在所选优化方向上进行收缩。
15.根据权利要求14所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于：在步骤1)中，在所述反射点的基础上以1.2～2.0的扩张因子进行扩张。
16.根据权利要求14所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于，以0.5的收缩因子往回收缩。
17.根据权利要求8所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于，优化结束条件如下：
其中：gH、gL分别为单纯形中评价指标值最大和最小值，而ε为优化收敛条件。
18.根据权利要求9所述的交流伺服系统控制参数优化方法，其特征在于，还包括：建立的所述扰动观测器。
19.一种设置PI初始参数的方法，包括：
获取电机的基本参数；
基于所述基本参数获取所述电机运行中的实际参数；
基于所述实际参数获取所述电机的一组PI初始参数。
20.根据权利要求19所述的设置PI初始参数的方法，其特征在于：所述一组PI初始参数包括速度环PI初始参数和电流环PI初始参数。
21.根据权利要求19或20所述的设置PI初始参数的方法，其特征在于：所述实际参数包括所述电机的定子电阻参数和定子电感参数。
22.根据权利要求21所述的设置PI初始参数的方法，其特征在于：给逆变器输入两组正弦激励电压，对所述电机进行堵转，通过检测装置检测所述电机实际电流响应，求得所述定子电阻参数和所述定子电感参数。
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