基于模糊推理的交流伺服系統(tǒng)自調(diào)整控制
李葉松，彭 剛，秦 憶
（華中理工大學(xué)，湖北武漢 430074）
摘要：提出了一種交流伺服系統(tǒng)二自由度速度控制器的增益自調(diào)整技術(shù)。該方案集參數(shù)自識別、模糊推理、特征量辨識等技術(shù)為一體，對于機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的變化，系統(tǒng)能自動地經(jīng)過模型識別和參數(shù)調(diào)整，將交流伺服系統(tǒng)速度控制器的增益調(diào)節(jié)到比較滿意的值，在交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該技術(shù)方案是有效的。
關(guān)鍵詞：交流伺服系統(tǒng)；自動調(diào)整控制器；模糊推進(jìn)；二自由度控制
中圖分類號：tm921. 541 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)04-0019-05
1 引 言
在伺服驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，由于機(jī)械負(fù)載和系統(tǒng)的配合問魎，通常需要人為地調(diào)整控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，這一繁瑣的工作不僅要求使用者有專門的知識，且很難做到伺服控制性能****化。因此，實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的參數(shù)自動調(diào)整功能是實(shí)際應(yīng)用的迫切需要。
目前在交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品中采用的自動調(diào)整技術(shù)主要分為兩類：一是基于模型的調(diào)整技術(shù)[1-2]二是基于知識的調(diào)整技術(shù)[3-4] 基于模型的自調(diào)整技術(shù)利用外加的測試信號，根據(jù)系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)辨識發(fā)生變化的參數(shù)，計算控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。這種方法計算量較大，一般要求伺服系統(tǒng)采用高速的微處理器，并且辨識的精度因控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜也有一定的限制。基于知識的自調(diào)整技術(shù)，是根據(jù)預(yù)先確定好的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和觀測的實(shí)時控制效果，對控制作用進(jìn)行評價并確定控制器的參數(shù)，這種方法對系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)要求不高，但對規(guī)律知識要求較高，通常需要大量精確的實(shí)際調(diào)整知識，以期能包含系統(tǒng)響應(yīng)的各種變化，因此對調(diào)整后參數(shù)的可信度需要反復(fù)驗(yàn)證，并且因調(diào)整初始值的設(shè)定和調(diào)整規(guī)則的原因，調(diào)整次數(shù)較多。
本文提出了一種將模型識別技術(shù)和模糊知識推理技術(shù)相結(jié)合的二自白度速度控制器參數(shù)自調(diào)整方案。該方案通過簡單快速的模型識別設(shè)置控制器的初始結(jié)構(gòu)和參數(shù)，然后利用模糊推理技術(shù)測試系統(tǒng)的控制效果，對速度控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)自動調(diào)整。該方案有效地將“模型”和“知識”、“控制”和“效果”結(jié)合起來，對于變化的負(fù)載，經(jīng)過簡單的識別和調(diào)整，可以將控制器的增益調(diào)整到比較滿意。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案適用于一般的交流伺服系統(tǒng)，可以將機(jī)械負(fù)載的慣量比提高到1: 10以上，有效地改善系統(tǒng)的使用性能。
2 模糊自調(diào)整控制結(jié)構(gòu)
圖1示出了模糊自調(diào)整控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
其中控制器由3部分組成：控制器、自識別控制器和自調(diào)整機(jī)構(gòu)�？刂破鞑糠譃樗俣日{(diào)節(jié)器，采用指令前饋型2自由度控制(ipfc)方式，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示.
控制器的調(diào)整是先以抗擾動****化決定控制器常數(shù)，然后依據(jù)指令跟蹤特性要求確定前饋增益kf，從結(jié)構(gòu)上看，這種控制器結(jié)構(gòu)比一般的pi形式
控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且需要調(diào)整的控制參數(shù)多達(dá)3個，但它具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)組合優(yōu)勢和相對獨(dú)立的控制參數(shù)，使得控制器調(diào)節(jié)比較容易；自識別控制器用于識別負(fù)載特性和機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量，并設(shè)置控制器初始調(diào)整值，根據(jù)機(jī)械運(yùn)動方程式（這里假設(shè)負(fù)載的力矩是不變的常數(shù)）可得轉(zhuǎn)動慣量：
利用數(shù)字式伺服系統(tǒng)的軟件伺服功能，對速度控制器的輸出限幅值進(jìn)行動態(tài)修正，使系統(tǒng)得以在恒定的輸出力矩作用下實(shí)現(xiàn)加速過程，并測量出加速時間，那么可得轉(zhuǎn)動慣量的估算表達(dá)式為：
在確定了伺服系統(tǒng)的機(jī)械時間常數(shù)或負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量以后，就可以根據(jù)事先建立的控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)庫，選擇一組控制器參數(shù)作為自調(diào)整速度控制器的初始設(shè)定值，其中參數(shù)包括比例增益、積分增益、前饋增益和加減速時間；自調(diào)整機(jī)構(gòu)是模糊自調(diào)整控制器 |
