CN112810227A - 一种新型的伺服压力机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种新型的伺服压力机控制方法，包括伺服压力机驱动系统，Koopman分析和动态模态分解三个部分。本发明的有益效果为：本发明的控制策略简洁明了，大大简化了控制器内部的代码和计算量；不用在伺服压力机驱动系统中反复调试系统参数；对电机和压力机的系统参数扰动鲁棒性强。

Description

一种新型的伺服压力机控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种新型的伺服压力机控制方法。

背景技术

申请号为CN201911049941.3的专利为本申请人公开的一种基于无传感器伺服压力机全闭环控制系统及方法，解决了伺服压力机滑块位置的全闭环技术问题，该专利将下述1到5等式代入到系统的动力学方程和控制方程中，逐个求解。并结合模型预测控制取得更好的实验结果和动态性能。但此方案存在如下几点问题：

1.计算量大，如图3所示很多控制策略，须采用高速度的处理器才能完成实时的运算和反馈；

2.必须熟悉压力机的传动结构和物理模型，如图1精确的压机模型，才能解决非线性控制精度问题；

3.电机控制模型必须要求精确，如图2所示计算精确的动态转动惯量。

现有的其它类似专利的缺点都与该专利缺点类同，不再重复举例。

为此，本申请提出了全新的解决伺服压力机的控制策略，采用了直接提取仿真过程中的数据进行分析和建模，即可完成伺服压力机的电机驱动系统控制。

附公式1到5

x_E+L₁sinθ₂＝L₃cosθ₇(1)

y_E-L₁cosθ₂＝L₃sinθ₇(2)

x_E＝x_o-Rcosα(3)

y_E＝y_o+Rsinα(4)

L₁sinθ₂＝L₂sinθ₁(5)

发明内容

本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种伺服压力机的新型电机及控制装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型的伺服压力机控制方法，其特征在于：

包括伺服压力机驱动系统，Koopman分析和动态模态分解三个部分，具体的方法为：

S1，伺服压力机驱动系统PWM的高电压脉冲控制电机旋转；

S2，选择感应电机作为伺服压力机驱动系统的动力来源，伺服压力机的驱动系统可通过电机的状态方程和其结构等式表达，其中状态变量矩阵为x_i，并且通过前向欧拉离散化方法得到x_i+1；

S3,伺服压力机驱动系统在x_i状态下的输出为f(x_i),此处f(x_i)输出的为电机的电流、转速和压力机滑块位置信息，选择Koopman算子K_u满足公式(K_uf)(x)＝f(Φ_u(x))实现了在Koopman算子和输出值已知情况下将f(x_i)全域范围内完全线性化，并且不用再利用压力机的几何限定等式和电机状态方程的情况下，直接得到下一时刻的输出f(x_i+1)；

S4,动态模态分解模块将Koopman的全域范围线性化过程中产生的k阶状态变量进行分解并投影，直接得到不同的开关状态下电机和压力机的状态输出值。

优选地，所述S1具体为，将PWM的脉冲在两电平三相逆变器中共计8个开关状态选为系统的输入u，其中包括两个0电压失量开关状态。

优选地，所述S2中，前向欧拉离散化方法得到x_i+1的过程中利用到代表了电机控制和伺服压力机模型状态矩阵的Φ_u。

优选地，所述S4具体为，动态模态分解过程通过奇异值分解Ψ进行，只保留前r阶(<<k阶)，可得到输出矩阵z_i，然后对动态模态分解模块r阶中的状态矩阵计算特征值和特征向量，可根据特征值和特征向量构建

由到输出矩阵z_i和简化Koopman算子

得到z_i+1，利用r阶的特征值和特征向量构建投影矩阵P，则得到f(x_i+1)。

本发明的有益效果为：

本发明的控制策略简洁明了，大大简化了控制器内部的代码和计算量；不用在伺服压力机驱动系统中反复调试系统参数；对电机和压力机的系统参数扰动鲁棒性强。

附图说明

图1是本发明涉及的伺服压力机的示意图。

图2是曲柄角度与压力机转动惯量的关系图。

图3是现有专利的控制策略。

图4是本发明的原理图。

图5是本发明的伺服压力机驱动系统的仿真模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明给出进一步的说明。

本实施例提出了全新的解决伺服压力机的控制策略，采用了直接提取仿真过程中的数据进行分析和建模，即可完成伺服压力机的电机驱动系统控制。

本实施例采用了基于Koopman算子的数据驱动控制策略。方案包括了三个部分，分别为伺服压力机驱动系统，Koopman分析和动态模态分解。具体步骤如下：

1)伺服压力机驱动系统PWM的高电压脉冲控制电机旋转，此处将PWM的脉冲在两电平三相逆变器中共计8个开关状态选为系统的输入u，其中包括两个0电压失量开关状态。目的是为了化简现有技术的在线计算方法和缩短计算时间，同时为了降低开关频率。

2)本实施例选择感应电机作为伺服压力机驱动系统的动力来源。伺服压力机的驱动系统可通过电机的状态方程和其结构等式表达，其中状态变量矩阵为x_i，并且通过前向欧拉离散化方法得到x_i+1。Φ_u代表了电机控制和伺服压力机模型状态矩阵。

3)伺服压力机驱动系统在x_i状态下的输出则为f(x_i),此处f(x_i)输出的为电机的电流、转速和压力机滑块位置信息。根据前述的背景介绍，f(x_i+1)是可直接通过f(x_i)计算得到的，代价是通过大量的计算得到。此处则选择Koopman算子K_u满足下式(K_uf)(x)＝f(Φ_u(x))实现了在Koopman算子和输出值已知情况下将f(x_i)全域范围内完全线性化，并且不用再利用压力机的几何限定等式和电机状态方程的情况下，直接得到下一时刻的输出f(x_i+1)。

4)动态模态分解模块的作用是将Koopman的全域范围线性化过程中产生的k阶状态变量进行分解并投影。动态模态分解过程通过奇异值分解Ψ进行，只保留前r阶(<<k阶)，可得到输出矩阵z_i，然后对动态模态分解模块r阶中的状态矩阵计算特征值和特征向量，可根据特征值和特征向量构建

由到输出矩阵z_i和简化Koopman算子

得到z_i+1。利用r阶的特征值和特征向量构建投影矩阵P，则得到f(x_i+1)。

如图5所示，在离线模式下，本实施例通过在仿真环境条件下将伺服压力机的驱控系统模型搭建起来，采集PWM不同的开关状态及所对应的电机和压力机的输出f(x_i+1)，构建矩阵K_u和

通过投影矩阵P最后可直接得到不同的开关状态下，电机和压力机的状态输出值(电机的电流、转速、压力机滑块的位置等)。

在实际伺服压力机驱动系统中的程序，可直接由8种PWM的开关状态，根据当前不同的状态值，得到下一时刻的状态值，此种控制策略为全新的控制策略，在伺服压力机控制中尚属首次。

本实施例对控制器的性能要求大大降低；不需要现场大规模的调试原有控制策略的PI等系统参数；系统的鲁棒性大大提高，不再对电机参数、压力机的连杆参数和间隙存在依赖。

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确说明的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种新型的伺服压力机控制方法，其特征在于：

包括伺服压力机驱动系统，Koopman分析和动态模态分解三个部分，具体的方法为：

S1，伺服压力机驱动系统PWM的高电压脉冲控制电机旋转；

S2，选择感应电机作为伺服压力机驱动系统的动力来源，伺服压力机的驱动系统可通过电机的状态方程和其结构等式表达，其中状态变量矩阵为x_i，并且通过前向欧拉离散化方法得到x_i+1；

S3，伺服压力机驱动系统在x_i状态下的输出为f(x_i)，此处f(x_i)输出的为电机的电流、转速和压力机滑块位置信息，选择Koopman算子K_u满足公式(K_uf)(x)＝f(Φ_u(x))实现了在Koopman算子和输出值已知情况下将f(x_i)全域范围内完全线性化，并且不用再利用压力机的几何限定等式和电机状态方程的情况下，直接得到下一时刻的输出f(x_i+1)；

S4，动态模态分解模块将Koopman的全域范围线性化过程中产生的k阶状态变量进行分解并投影，直接得到不同的开关状态下电机和压力机的状态输出值。

2.根据权利要求1所述的新型的伺服压力机控制方法，其特征在于：

所述S1具体为，将PWM的脉冲在两电平三相逆变器中共计8个开关状态选为系统的输入u，其中包括两个0电压失量开关状态。

3.根据权利要求1所述的新型的伺服压力机控制方法，其特征在于：

所述S2中，前向欧拉离散化方法得到x_i+1的过程中利用到代表了电机控制和伺服压力机模型状态矩阵的Φ_u。

4.根据权利要求1所述的新型的伺服压力机控制方法，其特征在于：

所述S4具体为，动态模态分解过程通过奇异值分解Ψ进行，只保留前r阶(＜＜k阶)，可得到输出矩阵z_i，然后对动态模态分解模块r阶中的状态矩阵计算特征值和特征向量，可根据特征值和特征向量构建

由到输出矩阵z_i和简化Koopman算子

得到z_i+1，利用r阶的特征值和特征向量构建投影矩阵P，则得到f(x_i+1)。

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