基于继电反馈的伺服系统PID参数整定研究.pdf

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1、m．,~r9l~--j,统PID参数整定研究★口黄勇强口吴建华口熊振华口丁汉上海交通大学机械与动力工程学院上海200240摘要：研究了电机伺服系统的PID控制参数离线调试技术，通过继电反馈技术实现不同负载状况下的最优或次优PID参数的整定。首先利用继电反馈激振被控系统，根据系统输入输出信息，对系统模型参数进行识别。然后依据识别模型使用ITAE(IntegralTimeAbsoluteEr∞r)等方法来确定控制器参数。该技术适用于不同的负载状况，具有很强的普适性，而且系统在激振时，持续时间短，电机的转角位移很小，不会造成系统的损伤。参数调节过程只需单次运行系统，即可确定PID参数，

2、实现简便。通过在伺服电机拖动的y运动平台上的一系列实验，验证了该方法的有效性。关键词：继电反馈伺服控制PlD参数调试dSPACE控制系统中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000—4998(2008)12—0004—04Abstract：PIDcontrollertuningtechnologyofservosystemsisstudied．OptimalorsuboptimalPIDparametersunderdiferentloadcondifionscanbegainedthroughtheuseofrelayfeedback．First，thecontrol

3、lersystemisoscillatedbyrelayfeedbaekandthemodelparametersareidentifiedthroughtheinputandoutputsignals．Then，ITAEprincipleisutilizedtodeterminethecontrollerpa—rametersbasedontheidentifiedmode1．Thismethodisapplicabletodifierentloadapplications．Featuringshortdurationofoscilla—tionandsmallangulard

4、isplacement，itwillnotresultinanydamagetothesystem．Moreover，thecontrollerparametertuningcanbeimplementedonlythroughasingletimeofoscillationrunningSOastodeterminethePIDparametersconveniently．TheexperimentalresultsonXYmotionplatformdrivenbytheservomotordemonstratethevalidityofthismethod．KeyWords

5、：RelayFeedbackServoControlPIDControllerTuningdSPACEControlSystem在实际生产中，控制器的参数整定是一个耗时费基于继电反馈的控制系统框图如图1所示。图中r力的过程。快速有效地调节控制器，使系统工作在最优(t)是参考信号，其在继电反馈辨识过程中通常被设为状态并满足性能指标，成为亟待解决的热点问题。0；e()是偏差；u(￡)是被控对象的输入；Y(f)是其输出。基于继电反馈的PID参数整定可以较好地克服上述难点。自1984~fltstr／~m和Hagglundt首先提出用继电反馈测试来快速准确地获取系统临界振荡信息后，继电反馈

6、法作为一种PID整定方法被迅速推广应用。Lubent首先提出了ATv法(变量自动整定)，将继电反馈法应用于蒸馏塔的控制。文献【3】～【5】分别采用由于继电器这一非线性环节接人到控制回路中，不同的继电器来辨识过程。此外，文献[6】～【8】也对继这使得被控对象输入输出的相角将偏差一叮r。被控对电反馈技术做了精辟的阶段总结。但以上方法都针对象将产生稳定的极限振荡，振荡频率为∞。该状态对过程控制对象，并且大部分仅仅止步于理论仿真阶段，应于奈奎斯特曲线上的一并没有应用于交流伺服控制领域。点，被称为临界振荡点，即针对这些问题，本文在文献[5】提出的带有饱和环是待辨识对象的奈奎斯特节的反馈辨识

7、的基础上，针对交流伺服电机进行实验曲线与负实轴的交点。见研究，通过获取被控系统的频率特性，并结合预期的指图2所示，相角为一竹，幅值标，对交流伺服电机的速度环PI参数进行离线整定。为1／Ku，其中鼠称为临界实验结果证明，本方法是有效的。振荡增益。另外，关于值的计算，在下文中表述。1继电反馈辨识1．2系统模型辨识1．1临界点概念在使被控对象产生稳定的极限振荡，并获得临界★973国家重点基础研究发展计划项目(编号：2005CB724100)点信息后，通过建立I临界点信息与被控对象系统参