基于iitae評價指標的交流伺服系統(tǒng)參數(shù)自動整定研究
陳鵬展，唐小琦，任清榮
（華中科技大學(xué)國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，武漢430074）
摘要：根據(jù)交流伺服系統(tǒng)的控制性能評價需求，在綜合比較了ise，iae，itae等性能評價指標的特性后，設(shè)計了一種ⅱtae（改進的itae指標）作為伺服系統(tǒng)的控制性能評價指標，利用該指標設(shè)計了基于坐標輪換算法的伺服控制參數(shù)自整定模型，并進行了實時仿真研究，結(jié)果表明：iitae性能評價指標具有較好的適用性，坐標輪換算法是獲取伺服系統(tǒng)優(yōu)化控制參數(shù)的高效途徑。
關(guān)鍵詞：伺服；性能評價指標；坐標輪換算法；自整定
中圖分類號：tp273+．24 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 02-0070-04
0引 言
伺服系統(tǒng)廣泛采用pid調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)的控制策略，系統(tǒng)控制性能的好壞主要決定于設(shè)置的pid控制參數(shù)。為了保證系統(tǒng)獲得良好的伺服性能，控制參數(shù)必須根據(jù)伺服系統(tǒng)實際工作狀態(tài)進行適當?shù)恼�，參�?shù)整定不當不僅使伺服系統(tǒng)無法工作在****狀態(tài)，同時還會引起系統(tǒng)震蕩，甚至?xí)䦟嶋H系統(tǒng)造成損害。
速度環(huán)控制參數(shù)整定是伺服系統(tǒng)參數(shù)整定的重要部分，由于負載或工作狀態(tài)的改變，導(dǎo)致伺服系統(tǒng)速度環(huán)節(jié)的固有特性發(fā)生變化，因此，在上述情況發(fā)生后必須對伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)進行重新整定，才能使伺服系統(tǒng)保持良好的控制性能。
在實際應(yīng)用中，伺服控制參數(shù)墼定一項極其繁瑣的過程，一般由操作人員通過對實際系統(tǒng)進行反復(fù)調(diào)試后獲取的，整定過程很大程度上依賴于人的經(jīng)驗，很難在短時間內(nèi)確定一個對系統(tǒng)實用的有效參數(shù)。
為了能夠高效地進行伺服控制參數(shù)整定，必須建立一個可以量化的伺服控制性能評價指標，以便能夠快速、準確、全面地對交流伺服系統(tǒng)的控制性能做出評價，并可以此作為伺服系統(tǒng)不同控制參數(shù)組合優(yōu)劣的評判標準。伺服控制參數(shù)整定的目的是獲取使系統(tǒng)具有優(yōu)良控制性能的控制參數(shù)組合，因此，在建立了合適的伺服系統(tǒng)評價指標后，參數(shù)整定過程可以轉(zhuǎn)化為求取為以控制參數(shù)為變量，評價指標為目標函數(shù)的極值解。
1 基于坐標輪換的參數(shù)優(yōu)化算法
從上述分析可知，伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)整定可以理解以評價指標為目標函數(shù)的優(yōu)化過程，優(yōu)化結(jié)果即為某種工作狀態(tài)下的****伺服控制性能，****性能對應(yīng)的坐標變量即為需要整定的伺服控制參數(shù)。
坐標輪換是一種快速的參數(shù)優(yōu)化方法，非常適合于多變量的優(yōu)化問題求解過程。伺服系統(tǒng)的參數(shù)數(shù)目不多，可以通過坐標輪換算法對其進行優(yōu)化，以此可以完成伺服系統(tǒng)的參數(shù)自動整定。
坐標輪換法的核心使把多變量的優(yōu)化問題輪流地轉(zhuǎn)化為單變量的優(yōu)化問題，對于ⅳ維問題，就是先將n-i個變量固定不動，只對第一個變量進行一維搜索，得到第一個****點，然后再換一個變量，同樣進行一維搜索而得到第二個****點，如此繼續(xù)下去，直到完成一個循環(huán)，對n個變量輪換完畢而得到第個****點，完成一輪計算，如果計算結(jié)果滿足不了給定的收斂要求，則從上一輪的最末點開始做下一輪計算，如此繼續(xù)下去，直到收斂到****點為止。對于交流伺服系統(tǒng)，一般采用如式(1)所示的pi控制結(jié)構(gòu)，其控制參數(shù)為e，t。
故伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)整定過程可以認為以kp，e為變量，控制性能評價指標j為目標函數(shù)的二元參數(shù)優(yōu)化過程。因此，不妨對基于生標輪換方法的二元函數(shù)尋優(yōu)過程進行討論：
設(shè)二元函數(shù)為：j (x)=f（x1，x2），極值點存在區(qū)間為。ai≤xl≤b1和a2≤x2≤b2。對于每個確定函數(shù)值，都有一條等高線(目標函數(shù)j(x)等于某些常數(shù)值時的點的連線稱為等高線）與之對應(yīng)，如圖1所示。
設(shè)初始點為x (0)=(x1 (0)，x2 (0))，由初始點出發(fā)，先固定x1(x1=x1 (0) )不變，變動x2且求以x2為單變量的目標函數(shù)的****點x1 (1)=(x1 (1)，x2 (1))；然后固定x2（即x2= x2 (1)）不變，變動x1且求得以x1為單變量 |
