基于分?jǐn)?shù)階的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法研究.pdf

1、高速高精的運(yùn)動(dòng)控制對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制性能要求很高，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅需要具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而且能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)的不確定性以及外部的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性。因此，需要探尋一種控制策略來(lái)保證伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制性能，經(jīng)典的PID控制方法簡(jiǎn)單，高效，易于實(shí)現(xiàn)。然而，由于實(shí)際的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在著一定的非線性和不確定性因素，這些因素將直接影響經(jīng)典PID的控制性能。因此，本文將利用分?jǐn)?shù)階微積分理論對(duì)傳統(tǒng) PID控制器進(jìn)行拓展和優(yōu)化，研究分?jǐn)?shù)階PID

2、控制策略，旨在繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng) PID控制器的優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)其不足，以滿足高性能交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求。由于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能與控制參數(shù)密切相關(guān)，因此，為了使分?jǐn)?shù)階PID控制器能盡量發(fā)揮出其控制的優(yōu)勢(shì)，本文將重點(diǎn)研究分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)整定方法，通過(guò)相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究，探尋穩(wěn)定、高效以及適用性廣的分?jǐn)?shù)階PID參數(shù)整定方法。
　　本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，首先對(duì)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度環(huán)控制模型進(jìn)行了分析，并建立了其分?jǐn)?shù)階數(shù)學(xué)模型，

3、同時(shí)，提出了一種基于優(yōu)化算法的分?jǐn)?shù)階模型參數(shù)的辨識(shí)方法。相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)證明了分?jǐn)?shù)階模型可以更好地描述交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然后，開(kāi)展了分?jǐn)?shù)階 PID控制器參數(shù)整定策略的研究，包括圖形化整定，數(shù)值化整定以及在線整定三類方法。具體的研究?jī)?nèi)容如下：
　　對(duì)于基于模型的圖形化整定，提出了一種基于不確定參數(shù)模型的分?jǐn)?shù)階 PID控制器參數(shù)圖形化整定方法，利用該方法所設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)階 PID控制器對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的變化具有很強(qiáng)的魯棒性；對(duì)于無(wú)模型的圖

4、形化整定，提出了一種基于頻率響應(yīng)的分?jǐn)?shù)階 PID控制器參數(shù)圖形化整定方法，該方法能同時(shí)適用于線性和非線性分?jǐn)?shù)階PID控制器。
　　對(duì)于基于模型的數(shù)值化整定，提出了一種基于改進(jìn)型隨機(jī)多參數(shù)優(yōu)化算法(SMDO優(yōu)化算法)的分?jǐn)?shù)階 PID控制器參數(shù)整定方法，該方法綜合考慮了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)域和頻域性能指標(biāo)，并能適用于整數(shù)階和分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)，同時(shí)改進(jìn)了傳統(tǒng)的SMDO優(yōu)化算法，提高了整定算法的準(zhǔn)確性和效率；對(duì)于無(wú)模型的數(shù)值化整定，提出了一種基于頻

5、域虛擬參考反饋整定(頻域 VRFT)的分?jǐn)?shù)階 PID控制器參數(shù)整定方法，該方法無(wú)需反復(fù)的迭代的實(shí)驗(yàn)，僅僅只需要一次數(shù)據(jù)的采集。同時(shí)還將所提出的方法進(jìn)行了拓展，使其能應(yīng)用于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生變化的情況。
　　對(duì)于基于模型的在線整定，提出了一種基于數(shù)據(jù)庫(kù)的分?jǐn)?shù)階PID控制器參數(shù)在線整定方法，該方法利用遞推最小二乘法對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行在線地辨識(shí)，并根據(jù)所辨識(shí)出的模型從控制參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索出合適的控制參數(shù)，從而完成了對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系

6、統(tǒng)自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階控制，該方法計(jì)算量小，易于實(shí)現(xiàn)；對(duì)于無(wú)模型的在線整定，提出了一種基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分?jǐn)?shù)階PID控制器參數(shù)在線整定方法，該方法利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而提高了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力和容錯(cuò)能力，并通過(guò)離線整定出的控制器參數(shù)來(lái)優(yōu)化在線整定方法，使伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中始終保持滿意的控制性能，并且，該方法可以同時(shí)適用于線性和非線性分?jǐn)?shù)階PID控制器。
　　搭建了永磁同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及永磁同步直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)