一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法，首先搭建包含計(jì)算機(jī)（1）、伺服驅(qū)動(dòng)器（2）、電動(dòng)缸（3）、多圈絕對位置傳感器（4）、運(yùn)動(dòng)控制板（5）、SSI接口板（6）、電流控制模塊（7）、轉(zhuǎn)速控制模塊（8）和位置控制模塊（9）在內(nèi)的電動(dòng)缸伺服控制系統(tǒng)；然后根據(jù)自動(dòng)控制原理及電動(dòng)缸的參數(shù)對電流控制模塊（7）、轉(zhuǎn)速控制模塊（8）的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；再通過實(shí)驗(yàn)測定速度環(huán)的傳遞函數(shù)，并結(jié)合自動(dòng)控制原理設(shè)定位置控制模塊（9）的參數(shù)以完成對伺服電動(dòng)缸控制參數(shù)的設(shè)定。由于采用實(shí)驗(yàn)的方式對速度控制環(huán)的參數(shù)進(jìn)行了測量，因此位置控制環(huán)的參數(shù)較為準(zhǔn)確，可以優(yōu)化電動(dòng)缸伺服控制系統(tǒng)的性能，減少參數(shù)調(diào)試的過程。
【專利說明】—種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法，特別是一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]典型的伺服電動(dòng)缸控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)缸等組成，軟件則主要由電流控制模塊、速度控制模塊和位置控制模塊組成。其中，電流控制模塊和速度控制模塊置于伺服驅(qū)動(dòng)器中，而位置控制模塊置于計(jì)算機(jī)中。電流控制模塊通過控制電動(dòng)缸上電機(jī)的電流形成電流控制環(huán)，速度控制模塊通過控制電動(dòng)缸上電機(jī)的轉(zhuǎn)速形成速度控制環(huán)，位置控制模塊通過控制電動(dòng)缸的位置形成位置控制環(huán)，其中電流控制環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度控制環(huán)為中間環(huán)，位置控制環(huán)為外環(huán)。
[0003]傳統(tǒng)的方法中，電流控制模塊、轉(zhuǎn)速控制模塊和位置控制模塊的參數(shù)設(shè)定基于伺服電功缸的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)置，并利用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在實(shí)際中效率較低。而且伺服電動(dòng)缸的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜，再加上伺服驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)，使得伺服電動(dòng)缸系統(tǒng)的模型難以準(zhǔn)確建立，因此利用傳統(tǒng)方法往往難以達(dá)到滿意的性能。
[0004]此外，國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中對電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)置的方法介紹較少，多是基于工程經(jīng)驗(yàn)，不利于通用化設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法，解決目前電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)置復(fù)雜、性能差別較大的問題。
[0006]一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸控制器參數(shù)設(shè)定方法的具體步驟如下:
第一步搭建伺服電動(dòng)缸控制系統(tǒng)
伺服電動(dòng)缸控制系統(tǒng)，包括:計(jì)算機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸、多圈絕對位置傳感器、運(yùn)動(dòng)控制板、SSI接口板、電流控制模塊、轉(zhuǎn)速控制模塊和位置控制模塊。
[0007]運(yùn)動(dòng)控制板和SSI接口板安裝在計(jì)算機(jī)中，運(yùn)動(dòng)控制板的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端與電動(dòng)缸的輸入端連接，多圈絕對位置傳感器與電動(dòng)缸的絲杠同軸連接，多圈絕對位置傳感器的輸出端與SSI接口板的輸入端連接。電流控制模塊和轉(zhuǎn)速控制模塊安裝在伺服驅(qū)動(dòng)器中，位置控制模塊安裝在計(jì)算機(jī)中。
[0008]電流控制模塊的功能是:根據(jù)電流指令，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸中電機(jī)電流的控制；轉(zhuǎn)速控制模塊的功能是:根據(jù)轉(zhuǎn)速指令實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸中電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；位置控制模塊的功能是:根據(jù)位置指令實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸的伺服控制。
[0009]第二步設(shè)置電流控制模塊的參數(shù)
電流控制模塊的參數(shù)包括其內(nèi)部比例積分環(huán)節(jié)的比例參數(shù)Kpi和積分參數(shù)Kii，其組成的比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)Cs)如式(I)所示。

【權(quán)利要求】
1.一種基于實(shí)驗(yàn)的伺服電動(dòng)缸(3)控制器參數(shù)設(shè)定方法，其特征在于具體步驟為: 第一步搭建伺服電動(dòng)缸控制系統(tǒng) 伺服電動(dòng)缸控制系統(tǒng)，包括:計(jì)算機(jī)(I)、伺服驅(qū)動(dòng)器(2)、電動(dòng)缸(3)、多圈絕對位置傳感器(4)、運(yùn)動(dòng)控制板(5)、SSI接口板(6)、電流控制模塊(7)、轉(zhuǎn)速控制模塊(8)和位置控制豐旲塊(9); 運(yùn)動(dòng)控制板(5 )和SSI接口板(6 )安裝在計(jì)算機(jī)(I)中，運(yùn)動(dòng)控制板(5 )的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器(2)的輸入端連接，伺服驅(qū)動(dòng)器(2)的輸出端與電動(dòng)缸(3)的輸入端連接，多圈絕對位置傳感器(4)與電動(dòng)缸(3)的絲杠同軸連接，多圈絕對位置傳感器(4)的輸出端與SSI接口板(6 )的輸入端連接；電流控制模塊(7 )和轉(zhuǎn)速控制模塊(8 )安裝在伺服驅(qū)動(dòng)器(2 )中，位置控制模塊(9)安裝在計(jì)算機(jī)(I)中； 電流控制模塊(7)的功能是:根據(jù)電流指令，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸(3)中電機(jī)電流的控制；轉(zhuǎn)速控制模塊(8)的功能是:根據(jù)轉(zhuǎn)速指令實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸(3)中電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；位置控制模塊(9)的功能是:根據(jù)位置指令實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)缸(3)的伺服控制； 第二步設(shè)置電流控制模塊(7)的參數(shù) 電流控制模塊(7)的參數(shù)包括其內(nèi)部比例積分環(huán)節(jié)的比例參數(shù)和積分參數(shù)Kii，其組成的比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)Cs)如式(I)所示；
而電流控制模塊(7)對應(yīng)的負(fù)載的傳遞函數(shù)& (5)如式(2)所示；
其中分別為電動(dòng)缸(3)上電機(jī)的電感和電阻； 根據(jù)自動(dòng)控制原理對比例積分環(huán)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，將電流控制環(huán)配置為一階慣性環(huán)節(jié)，則按照式(3)對比例和積分參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，其中A為常數(shù)；
則電流控制環(huán)的傳遞函數(shù)G (S)如式(4)所示；
其中A根據(jù)頻率響應(yīng)的要求進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)給定截止頻率為時(shí)，則A設(shè)定如下:
從而得到，電流控制環(huán)截止頻率為時(shí)，電流控制模塊(7)比例和積分參數(shù)的設(shè)定值設(shè)定如下:
第三步設(shè)置轉(zhuǎn)速控制模塊(8)的參數(shù) 轉(zhuǎn)速控制模塊(8)參數(shù)包括其內(nèi)部的比例參數(shù)Zptu和積分參數(shù)Zlti3，其設(shè)置過程與電流控制模塊(7)的參數(shù)設(shè)置過程類似，但速度控制環(huán)的響應(yīng)速度遠(yuǎn)低于電流控制環(huán)，因此在設(shè)置轉(zhuǎn)速控制模塊(8)的參數(shù)時(shí)，認(rèn)為電流控制環(huán)的傳遞函數(shù)G Cs)為I ; 當(dāng)速度控制環(huán)的截止頻率配置為/；時(shí)，比例參數(shù)ρ?)和積分參數(shù)?β)設(shè)置如下:
其中，/為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、A為摩擦系數(shù)； 此時(shí)，轉(zhuǎn)速控制模塊(8)的傳遞函數(shù)近似為:
其中 Jflj； 第四步測量速度控制環(huán)的精確參數(shù) 計(jì)算機(jī)(I)控制運(yùn)動(dòng)控制卡，向伺服驅(qū)動(dòng)器(2)給定式(9)中表述的正弦速度指令@ ；
其中d為正弦速度指令的幅值，/為給定頻率，?表示時(shí)間； 通過SSI接口板(6)讀取電動(dòng)缸(3)的位移，并提取頻率為/的信號(hào)^有如下的形式:
其中A為對應(yīng)頻率A信號(hào)的幅值，Φ為相位差； 進(jìn)而通過式(11)求取電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
其中》為電機(jī)到絲杠的減速比，C=2 π fB ； 根據(jù)式(11)的相位差，推導(dǎo)出式(8)中的-為:
第五步設(shè)置位置控制模塊(9)的參數(shù)位置控制模塊(9)由比例積分控制環(huán)節(jié)和前饋控制環(huán)節(jié)組成，參數(shù)有比例參數(shù)和前饋參數(shù)在位置控制模塊(9)的作用下，位置控制環(huán)的傳遞函數(shù)& Cs)如(13)式所示；
按照自動(dòng)控制原理，將上述二階系統(tǒng)的阻尼系數(shù)設(shè)置為0.707，設(shè)置
至此完成了基于實(shí)驗(yàn)的 伺服電動(dòng)缸(3)控制參數(shù)設(shè)定。
【文檔編號(hào)】G05B19/414GK104076745SQ201410310943
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】李毅拓, 張文波, 趙濱, 李建冬 申請人:北京機(jī)械設(shè)備研究所