基于模糊推理的交流伺服系統(tǒng)自調整控制
李葉松，彭 剛，秦 憶
（華中理工大學，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整技術。該方案集參數(shù)自識別、模糊推理、特征量辨識等技術為一體，對于機械負載轉動慣量的變化，系統(tǒng)能自動地經過模型識別和參數(shù)調整，將交流伺服系統(tǒng)速度控制器的增益調節(jié)到比較滿意的值，在交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)上的實驗結果證明該技術方案是有效的。
關鍵詞：交流伺服系統(tǒng)；自動調整控制器；模糊推進；二自由度控制
中圖分類號：tm921. 541 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)04-0019-05
1 引 言
在伺服驅動系統(tǒng)的實際應用中，由于機械負載和系統(tǒng)的配合問魎，通常需要人為地調整控制器的結構和參數(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，實現(xiàn)伺服系統(tǒng)的參數(shù)自動調整功能是實際應用的迫切需要。
目前在交流伺服系統(tǒng)產品中采用的自動調整技術主要分為兩類：一是基于模型的調整技術[1-2]二是基于知識的調整技術[3-4] 基于模型的自調整技術利用外加的測試信號，根據(jù)系統(tǒng)的模型結構辨識發(fā)生變化的參數(shù)，計算控制器的結構和參數(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構復雜也有一定的限制�；谥R的自調整技術，是根據(jù)預先確定好的實際經驗規(guī)則和觀測的實時控制效果，對控制作用進行評價并確定控制器的參數(shù)，這種方法對系統(tǒng)模型結構要求不高，但對規(guī)律知識要求較高，通常需要大量精確的實際調整知識，以期能包含系統(tǒng)響應的各種變化，因此對調整后參數(shù)的可信度需要反復驗證，并且因調整初始值的設定和調整規(guī)則的原因，調整次數(shù)較多。
本文提出了一種將模型識別技術和模糊知識推理技術相結合的二自白度速度控制器參數(shù)自調整方案。該方案通過簡單快速的模型識別設置控制器的初始結構和參數(shù)，然后利用模糊推理技術測試系統(tǒng)的控制效果，對速度控制器結構和參數(shù)自動調整。該方案有效地將“模型”和“知識”、“控制”和“效果”結合起來，對于變化的負載，經過簡單的識別和調整，可以將控制器的增益調整到比較滿意。實驗結果表明，該方案適用于一般的交流伺服系統(tǒng)，可以將機械負載的慣量比提高到1: 10以上，有效地改善系統(tǒng)的使用性能。
2 模糊自調整控制結構
圖1示出了模糊自調整控制器的結構框圖。
其中控制器由3部分組成：控制器、自識別控制器和自調整機構�？刂破鞑糠譃樗俣日{節(jié)器，采用指令前饋型2自由度控制(ipfc)方式，其結構圖如圖2所示.
控制器的調整是先以抗擾動****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，從結構上看，這種控制器結構比一般的pi形式
控制結構復雜，并且需要調整的控制參數(shù)多達3個，但它具有很強的結構組合優(yōu)勢和相對獨立的控制參數(shù)，使得控制器調節(jié)比較容易；自識別控制器用于識別負載特性和機械轉動慣量，并設置控制器初始調整值，根據(jù)機械運動方程式（這里假設負載的力矩是不變的常數(shù)）可得轉動慣量：
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行動態(tài)修正，使系統(tǒng)得以在恒定的輸出力矩作用下實現(xiàn)加速過程，并測量出加速時間，那么可得轉動慣量的估算表達式為：
在確定了伺服系統(tǒng)的機械時間常數(shù)或負載轉動慣量以后，就可以根據(jù)事先建立的控制器結構和參數(shù)庫，選擇一組控制器參數(shù)作為自調整速度控制器的初始設定值，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；自調整機構是模糊自調整控制器 |
