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1、10申请公布号CN102354107A43申请公布日20120215CN102354107ACN102354107A21申请号201110142736922申请日20110530G05B13/0420060171申请人河海大学常州校区地址213022江苏省常州市晋陵北路200号72发明人李向国刘向红梅志千74专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林许婉静54发明名称一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法57摘要本发明公开了一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，利用基于李雅普诺夫LYAPUNOV稳定性理论的模型参考自适应辨识算法，对交流伺服系统被控对象的转。
2、动惯量J和粘性阻尼系数B进行在线辨识，当辨识参数收敛后，根据J和B的值在线设计位置控制器，并自动切换到位置控制，本发明可大大提高交流伺服系统设计的效率。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图4页CN102354116A1/2页21一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于，包括以下步骤1设定交流伺服系统被控对象数学模型利用一阶微分方程表示为其中是系统输出速度，U是被控对象输入速度信号，J和B是交流伺服系统被控对象的模型参数，是未知参数，分别是转动惯量和粘性阻尼系数；设定被控对象辨识的参考模型_REF是辨识输入的外部参考信号，M。
3、为控制系统希望达到的控制性能指标，参数JM和BM分别为转动惯量和粘性阻尼系数在控制系统中希望达到的控制性能指标，均为正数；2在被控对象模型参考自适应控制系统中，将辨识的模型参数转动惯量J和粘性阻尼系数B的辨识值和其前一采样周期的转动惯量J和粘性阻尼系数B进行比较，直到它们的差值小于预先给定的性能指标时停止辨识，输出辨识的参数值J和B；3根据步骤2输出被控对象辨识的参数值在线计算位置控制器，并自动切换到位置控制。2根据权利要求1所述的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤2中，被控对象辨识的参考模型和实际模型参数之间的跟踪偏差采用比例运算，控制规律为URT_REFY。
4、T，其中RT和YT分别是T时刻的辨识值和参考模型参数的时变反馈增益，闭环系统函数为跟踪偏差为EM，跟踪偏差的动态表达式为3根据权利要求2所述的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤2中，利用李雅普诺夫稳定性判据判断被控对象模型参考自适应控制系统是否稳定，具体方法为李雅普诺夫LYAPUNOV函数为其中为自适应增益，当E0、控制器参数R和Y等于它们的最优值时，李雅普诺夫函数V为零，V的导数为如果控制器参数根据自适应规律进行更新，则得如果误差E不等于零，函数V就减小，可以得出误差将趋于零，判断出被控对象模型参考自适应控制系统是稳定的，自适应规律的差分方程为则转动惯量和粘。
5、性阻尼系数的差分方权利要求书CN102354107ACN102354116A2/2页3程为其中TS为采样周期，RK、YK、EK、K、_REFK、JK、BK和RK1、YK1、JK1、BK1分别为第K个和第K1个采样周期的值。4根据权利要求1或2或3所述的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤3中，位置控制器采用PD控制，传递函数表示为GCSKPKDS，则位置环的闭环传递函数为根据二阶系统的标准形式得到N2KP/J，2NBKD/J，所以KD2NB，其中，KPKDS为位置控制器，KP为比例系数，KD为微分系数，S为拉普拉斯变量；令N表示位置环的期望自然频率，表示位置环的。
6、期望阻尼比。权利要求书CN102354107ACN102354116A1/5页4一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法技术领域0001本发明涉及交流永磁同步电机伺服系统，特别涉及一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，属于同步电机技术领域。背景技术0002一个新的交流伺服系统建立以后，其诸多系统参数都是未知的，而控制系统的控制器参数都是依据系统的模型参数来设计的。另外在许多控制问题中，面向的对象通常是不确定的，工作负载的改变会导致伺服系统模型参数的变化。因此，一个高性能的交流伺服系统不仅要求系统能对伺服指令做出快速、准确的响应，而且还要求当负载特征变化时，仍能保证系统具有良好的。
7、控制性能，这就要求伺服系统的控制器参数能够随负载特性作适当的调整。0003交流伺服控制系统的设计方法一般分为三种，第一种是先离线辨识出系统模型参数，再根据辨识出的模型参数设计控制器参数，该方法效率比较低，并且离线辨识需要大量实验数据，要对多组数据进行处理才能得到系统的参数，计算量很大，并且当负载的变化导致系统模型参数变化时要重新进行离线参数辨识，增加了控制系统设计时间和工作量，专利申请号为2007100247004名称为一种交流位置伺服系统中干扰的观测和补偿方法的中国专利介绍了参数变化等对被控对象控制性能的影响。第二种是先辨识出系统模型参数，再根据辨识出的模型参数在线设计控制器参数，并自动切换。
8、到位置控制。第三种是位置自适应控制算法，和第二种方法不同的是在控制系统运行过程中不断进行参数辨识和控制器的修改，此种方法系统设计比较复杂难于实现，并且对控制系统的硬件要求较高。发明内容0004本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术上的缺陷，提供一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，以提高设计控制系统的效率。0005为解决上述技术问题，本发明提供一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于，包括以下步骤00061设定交流伺服系统被控对象数学模型利用一阶微分方程表示为其中是系统输出速度，U是被控对象输入速度信号，J和B是交流伺服系统被控对象的模型参数，是未知参数，分别是转。
9、动惯量和粘性阻尼系数；0007设定被控对象辨识的参考模型_REF是辨识输入的外部参考信号，M为控制系统希望达到的控制性能指标，参数JM和BM分别为转动惯量和粘性阻尼系数在控制系统中希望达到的控制性能指标，均为正数；00082在被控对象模型参考自适应控制系统中，将辨识的模型参数转动惯量J和粘性阻尼系数B的辨识值和其前一采样周期的转动惯量J和粘性阻尼系数B进行比较，直到它们的差值小于预先给定的性能指标时停止辨识，输出辨识的参数值J和B；00093根据步骤2输出的被控对象辨识的参数值在线计算位置控制器，并自动切换说明书CN102354107ACN102354116A2/5页5到位置控制。0010前述。
10、的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤2中，被控对象辨识的参考模型和实际模型参数之间的跟踪偏差采用比例运算，控制规律为URT_REFYT，其中RT和YT是分别是T时刻的辨识值和参考模型参数的时变反馈增益，闭环系统函数为跟踪偏差为EM，跟踪偏差的动态表达式为0011前述的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤2中，利用李雅普诺夫稳定性判据判断被控对象模型参考自适应控制系统是否稳定，具体方法为0012李雅普诺夫LYAPUNOV函数为其中为自适应增益，当E0、控制器参数R和Y等于它们的最优值时，李雅普诺夫函数V为零，V的导数为001300。
11、140015如果控制器参数根据自适应规律进行更新，则得如果误差E不等于零，函数V就减小，可以得出误差将趋于零，判断出被控对象模型参考自适应控制系统是稳定的。自适应规律的差分方程为则转动惯量和粘性阻尼系数的差分方程为TS为采样周期，RK、YK、EK、K、_REFK、JK、BK和RK1、YK1、JK1、BK1分别为第K个和第K1个采样周期的值。0016前述的一种交流位置伺服系统模型参数在线辨识和控制方法，其特征在于在所述步骤3中，位置控制器采用PD控制，传递函数表示为GCSKPKDS，则位置环的闭环传递函数为根据二阶系统的标准形式得到N2KP/J，2NBKD/J，所以KD2NB，其中，KPKDS为。
12、位置控制器，其中KP为比例系数，KD为微分系数，S为拉普拉斯变量；令N表示位置环的期望自然频率，表示位置环的期望阻尼比。0017本发明的有益效果是，利用基于李雅普诺夫LYAPUNOV稳定性理论的模型参考自适应辨识算法，对交流伺服系统被控对象的模型参数转动惯量J和粘性阻尼系数B进行说明书CN102354107ACN102354116A3/5页6在线辨识，当辨识参数收敛后，根据J和B的值在线设计位置控制器，并自动切换到位置控制，大大提高系统设计的效率。附图说明0018图1为本发明的基于模型参数在线辨识和位置控制原理图；0019图2为被控对象模型参数在线辨识和位置控制流程图；0020图3为被控对象模。
13、型参考自适应控制系统的框图；0021图4为一阶系统的模型参考自适应辨识框图；0022图5为简化后的位置闭环原理框图；0023图6为位置控制输出跟踪曲线。具体实施方式0024下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。0025图1中表示交流伺服系统被控对象数学模型，J和B是交流伺服系统被控对象的模型参数转动惯量和粘性阻尼系数，KPKDS为位置控制器，_REF为系统的位置控制输入参考信号，_REF是辨识输入的外部参考信号。被控对象数学模型用一阶微分方程表示为其中是系统输出速度，U是速度环输入。0026图2中和为被控对象模型参数转动惯量和粘性阻尼系数自适应辨识的差分方程，为判断收敛的性能指标，将转动惯量。
14、J和粘性阻尼系数B的辨识值和其前一采样周期的值进行比较，直到它们的差值小于预先给定的性能指标时停止辨识，输出辨识的参数值J和B；根据J和B的值在线设计位置控制器，并自动切换到位置控制。0027图3中为被控对象辨识的参考模型，其中JM和BM是常数，M为控制系统希望达到的控制性能指标，E表示每一个动态瞬间实际过程和参考模型之间的跟踪偏差，根据这个差异，不断的修改控制器参数，就可以使实际系统的控制性能指标尽可能接近参考模型，完成被控对象模型参数在线辨识。0028在自适应辨识系统中，假设系统参数J和B是未知的。所期望的系统的动态特性设为一阶参考模型_REF是输入的外部参考信号。参数JM要求是严格正的，。
15、这样参考模型是稳定的。不失一般性，BM也选为严格正数。参考模型可以用它的传递函数G表示为MG_REF，其中0029被控对象参考模型和实际模型参数之间的跟踪偏差要进行适当的运算，比较成熟的算法有比例控制和比例积分控制，本发明控制规律采用比例运算，因此选择控制规律URT_REFYT，其中R和Y是时变反馈增益。闭环系统为选择URT_REFYT为控制规律，很明显它使得系统可以实现精确模型匹配。事实上，如果被控对象参数已知，让式说明书CN102354107ACN102354116A4/5页7和式相等得即如果选择R，Y这样的控制器参数，则闭环系统和参考模型的动态特性相同，从而有零跟踪误差。0030现在我们。
16、选择参数R和Y的自适应规律。记跟踪误差为EM，跟踪误差的动态表达式为如果参数R和Y等于它们的希望值R和Y，则误差E就趋于零。引入LYAPUNOV函数当E0和控制器参数等于它们的最优值时，函数V为零。V的导数为003100320033如果控制器参数根据自适应规律进行更新，则得因此只要误差E不等于零，函数V就减小，由此可以得出误差将趋于零，根据李雅普诺夫稳定性判据可以得到此系统是稳定的。0034图4为一阶系统的模型参考自适应辨识框图，其中是参考模型，是被控对象的模型。调节时间TS是反应一个系统动态特性的综合性指标，在本发明中就根据系统的调节时间TS来确定参考模型中JM和BM的值。根据调节时间的计算。
17、公式，在本发明中选取所设计系统的调节时间为0025秒，就可以得出JM和BM的值为000625和1，计算过程不再赘述。再根据可得JRJM，0035图5为简化后的位置闭环原理框图，本发明中位置控制器采用PD控制，其传递函数表示为GCSKPKDS，则位置环的闭环传递函数为令N表示位置环的期望自然频率，表示位置环的期望阻尼比，根据二阶系统的标准形式可以得到N2KP/J，2NBKD/J，所以KD2NB。0036本发明根据转动惯量J和粘性阻尼系数B两个模型参数的辨识值，在线设计位置控制器，即将模型参数的辨识值和其前一采样周期的延迟值进行比较，直到它们的差值小于预先给定的性能指标时停止辨识，输出辨识的参数值。
18、，根据辨识值在线设计位置控制器，并自动切换到位置控制，跟踪的位置参考信号为单位阶跃信号，终值为1。0037实验装置中交流永磁同步电机型号为MHMD042P1U，控制软件采用MATHWORKS公司生产的MATLAB2009A。试验时选择参考信号为_REF4SIN100T。说明书CN102354107ACN102354116A5/5页80038实验结果表明，模型参考自适应参数辨识方法可以正确的辨识控制系统的模型参数，根据辨识的被控对象模型参数在线设计位置控制器，并自动切换到位置控制，可以有效地提高控制系统的效率。以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。说明书CN102354107ACN102354116A1/4页9图1说明书附图CN102354107ACN102354116A2/4页10图2说明书附图CN102354107ACN102354116A3/4页11图3图4图5说明书附图CN102354107ACN102354116A4/4页12图6说明书附图CN102354107A。