基于分數(shù)階的交流伺服驅動系統(tǒng)控制參數(shù)整定方法研究.pdf

1、高速高精的運動控制對伺服驅動系統(tǒng)的控制性能要求很高，伺服驅動系統(tǒng)不僅需要具有良好的動態(tài)響應性能，而且能夠對系統(tǒng)參數(shù)的不確定性以及外部的擾動具有很強的魯棒性。因此，需要探尋一種控制策略來保證伺服驅動系統(tǒng)的控制性能，經(jīng)典的PID控制方法簡單，高效，易于實現(xiàn)。然而，由于實際的伺服驅動系統(tǒng)存在著一定的非線性和不確定性因素，這些因素將直接影響經(jīng)典PID的控制性能。因此，本文將利用分數(shù)階微積分理論對傳統(tǒng) PID控制器進行拓展和優(yōu)化，研究分數(shù)階PID

2、控制策略，旨在繼承和發(fā)揚傳統(tǒng) PID控制器的優(yōu)點并彌補其不足，以滿足高性能交流伺服驅動系統(tǒng)的需求。由于伺服驅動系統(tǒng)的性能與控制參數(shù)密切相關，因此，為了使分數(shù)階PID控制器能盡量發(fā)揮出其控制的優(yōu)勢，本文將重點研究分數(shù)階PID控制器的參數(shù)整定方法，通過相關理論和實驗研究，探尋穩(wěn)定、高效以及適用性廣的分數(shù)階PID參數(shù)整定方法。
　　本文結合國家自然科學基金項目，首先對交流伺服驅動系統(tǒng)的速度環(huán)控制模型進行了分析，并建立了其分數(shù)階數(shù)學模型，

3、同時，提出了一種基于優(yōu)化算法的分數(shù)階模型參數(shù)的辨識方法。相關理論和實驗證明了分數(shù)階模型可以更好地描述交流伺服驅動系統(tǒng)。然后，開展了分數(shù)階 PID控制器參數(shù)整定策略的研究，包括圖形化整定，數(shù)值化整定以及在線整定三類方法。具體的研究內(nèi)容如下：
　　對于基于模型的圖形化整定，提出了一種基于不確定參數(shù)模型的分數(shù)階 PID控制器參數(shù)圖形化整定方法，利用該方法所設計的分數(shù)階 PID控制器對伺服驅動系統(tǒng)參數(shù)的變化具有很強的魯棒性；對于無模型的圖

4、形化整定，提出了一種基于頻率響應的分數(shù)階 PID控制器參數(shù)圖形化整定方法，該方法能同時適用于線性和非線性分數(shù)階PID控制器。
　　對于基于模型的數(shù)值化整定，提出了一種基于改進型隨機多參數(shù)優(yōu)化算法(SMDO優(yōu)化算法)的分數(shù)階 PID控制器參數(shù)整定方法，該方法綜合考慮了伺服驅動系統(tǒng)的時域和頻域性能指標，并能適用于整數(shù)階和分數(shù)階系統(tǒng)，同時改進了傳統(tǒng)的SMDO優(yōu)化算法，提高了整定算法的準確性和效率；對于無模型的數(shù)值化整定，提出了一種基于頻

5、域虛擬參考反饋整定(頻域 VRFT)的分數(shù)階 PID控制器參數(shù)整定方法，該方法無需反復的迭代的實驗，僅僅只需要一次數(shù)據(jù)的采集。同時還將所提出的方法進行了拓展，使其能應用于伺服驅動系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生變化的情況。
　　對于基于模型的在線整定，提出了一種基于數(shù)據(jù)庫的分數(shù)階PID控制器參數(shù)在線整定方法，該方法利用遞推最小二乘法對伺服驅動系統(tǒng)模型進行在線地辨識，并根據(jù)所辨識出的模型從控制參數(shù)數(shù)據(jù)庫中搜索出合適的控制參數(shù)，從而完成了對伺服驅動系

6、統(tǒng)自適應分數(shù)階控制，該方法計算量小，易于實現(xiàn)；對于無模型的在線整定，提出了一種基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡的分數(shù)階PID控制器參數(shù)在線整定方法，該方法利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，從而提高了神經(jīng)網(wǎng)絡的適應能力和容錯能力，并通過離線整定出的控制器參數(shù)來優(yōu)化在線整定方法，使伺服驅動系統(tǒng)在整個運行過程中始終保持滿意的控制性能，并且，該方法可以同時適用于線性和非線性分數(shù)階PID控制器。
　　搭建了永磁同步旋轉電機以及永磁同步直線電機伺服驅動