基于iitae評(píng)價(jià)指標(biāo)的交流伺服系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)整定研究
陳鵬展，唐小琦，任清榮
（華中科技大學(xué)國(guó)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(píng)價(jià)需求，在綜合比較了ise，iae，itae等性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的特性后，設(shè)計(jì)了一種ⅱtae（改進(jìn)的itae指標(biāo)）作為伺服系統(tǒng)的控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用該指標(biāo)設(shè)計(jì)了基于坐標(biāo)輪換算法的伺服控制參數(shù)自整定模型，并進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真研究，結(jié)果表明：iitae性能評(píng)價(jià)指標(biāo)具有較好的適用性，坐標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)；坐標(biāo)輪換算法；自整定
中圖分類(lèi)號(hào)：tp273+．24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：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(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼ǎ瑓?shù)整定不當(dāng)不僅使伺服系統(tǒng)無(wú)法工作在****狀態(tài)，同時(shí)還會(huì)引起系統(tǒng)震蕩，甚至?xí)䦟?duì)實(shí)際系統(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(fù)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(duì)伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行重新整定，才能使伺服系統(tǒng)保持良好的控制性能。
在實(shí)際應(yīng)用中，伺服控制參數(shù)墼定一項(xiàng)極其繁瑣的過(guò)程，一般由操作人員通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試后獲取的，整定過(guò)程很大程度上依賴(lài)于人的經(jīng)驗(yàn)，很難在短時(shí)間內(nèi)確定一個(gè)對(duì)系統(tǒng)實(shí)用的有效參數(shù)。
為了能夠高效地進(jìn)行伺服控制參數(shù)整定，必須建立一個(gè)可以量化的伺服控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，以便能夠快速、準(zhǔn)確、全面地對(duì)交流伺服系統(tǒng)的控制性能做出評(píng)價(jià)，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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。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(píng)價(jià)指標(biāo)后，參數(shù)整定過(guò)程可以轉(zhuǎn)化為求取為以控制參數(shù)為變量，評(píng)價(jià)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的極值解。
1 基于坐標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化過(guò)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(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變量即為需要整定的伺服控制參數(shù)。
坐標(biāo)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(wèn)題求解過(guò)程。伺服系統(tǒng)的參數(shù)數(shù)目不多，可以通過(guò)坐標(biāo)輪換算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以此可以完成伺服系統(tǒng)的參數(shù)自動(dòng)整定。
坐標(biāo)輪換法的核心使把多變量的優(yōu)化問(wèn)題輪流地轉(zhuǎn)化為單變量的優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)于ⅳ維問(wèn)題，就是先將n-i個(gè)變量固定不動(dòng)，只對(duì)第一個(gè)變量進(jìn)行一維搜索，得到第一個(gè)****點(diǎn)，然后再換一個(gè)變量，同樣進(jìn)行一維搜索而得到第二個(gè)****點(diǎn)，如此繼續(xù)下去，直到完成一個(gè)循環(huán)，對(duì)n個(gè)變量輪換完畢而得到第個(gè)****點(diǎn)，完成一輪計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果滿足不了給定的收斂要求，則從上一輪的最末點(diǎn)開(kāi)始做下一輪計(jì)算，如此繼續(xù)下去，直到收斂到****點(diǎn)為止。對(duì)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(guò)程可以認(rèn)為以kp，e為變量，控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)j為目標(biāo)函數(shù)的二元參數(shù)優(yōu)化過(guò)程。因此，不妨對(duì)基于生標(biāo)輪換方法的二元函數(shù)尋優(yōu)過(guò)程進(jìn)行討論：
設(shè)二元函數(shù)為：j (x)=f（x1，x2），極值點(diǎn)存在區(qū)間為。ai≤xl≤b1和a2≤x2≤b2。對(duì)于每個(gè)確定函數(shù)值，都有一條等高線(目標(biāo)函數(shù)j(x)等于某些常數(shù)值時(shí)的點(diǎn)的連線稱(chēng)為等高線）與之對(duì)應(yīng)，如圖1所示。
設(shè)初始點(diǎn)為x (0)=(x1 (0)，x2 (0))，由初始點(diǎn)出發(fā)，先固定x1(x1=x1 (0) )不變，變動(dòng)x2且求以x2為單變量的目標(biāo)函數(shù)的****點(diǎn)x1 (1)=(x1 (1)，x2 (1))；然后固定x2（即x2= x2 (1)）不變，變動(dòng)x1且求得以x1為單變量 |
