[发明专利]一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法

权利要求书

1.一种基于实验的伺服电动缸（3）控制器参数设定方法，其特征在于具体步骤为：

第一步 搭建伺服电动缸控制系统

伺服电动缸控制系统，包括：计算机（1）、伺服驱动器（2）、电动缸（3）、多圈绝对位置传感器（4）、运动控制板（5）、SSI接口板（6）、电流控制模块（7）、转速控制模块（8）和位置控制模块（9）；

运动控制板（5）和SSI接口板（6）安装在计算机（1）中，运动控制板（5）的输出端与伺服驱动器（2）的输入端连接，伺服驱动器（2）的输出端与电动缸（3）的输入端连接，多圈绝对位置传感器（4）与电动缸（3）的丝杠同轴连接，多圈绝对位置传感器（4）的输出端与SSI接口板（6）的输入端连接；电流控制模块（7）和转速控制模块（8）安装在伺服驱动器（2）中，位置控制模块（9）安装在计算机（1）中；

电流控制模块（7）的功能是：根据电流指令，实现对电动缸（3）中电机电流的控制；转速控制模块（8）的功能是：根据转速指令实现对电动缸（3）中电机转速的控制；位置控制模块（9）的功能是：根据位置指令实现对电动缸（3）的伺服控制；

第二步 设置电流控制模块（7）的参数

电流控制模块（7）的参数包括其内部比例积分环节的比例参数K_pi和积分参数K_ii，其组成的比例积分环节的传递函数G_PI（s）如式（1）所示；

                       （1）

而电流控制模块（7）对应的负载的传递函数G_M（s）如式（2）所示；

                        （2）

其中L、R分别为电动缸（3）上电机的电感和电阻；

根据自动控制原理对比例积分环节的参数进行设定，将电流控制环配置为一阶惯性环节，则按照式（3）对比例和积分参数进行设定，其中k为常数；

                            （3）

则电流控制环的传递函数G_I（s）如式（4）所示；

                 （4）

其中k根据频率响应的要求进行设定，当给定截止频率为f_i时，则k设定如下：

                            （5）

从而得到，电流控制环截止频率为f_i时，电流控制模块（7）比例和积分参数的设定值设定如下：

                         （6）

第三步 设置转速控制模块（8）的参数

转速控制模块（8）参数包括其内部的比例参数和积分参数，其设置过程与电流控制模块（7）的参数设置过程类似，但速度控制环的响应速度远低于电流控制环，因此在设置转速控制模块（8）的参数时，认为电流控制环的传递函数G_I（s）为1；

当速度控制环的截止频率配置为时，比例参数和积分参数设置如下：

                       （7）

其中，J为电机的转动惯量、B为摩擦系数；

此时，转速控制模块（8）的传递函数近似为：

                        （8）

其中，；

第四步 测量速度控制环的精确参数

计算机（1）控制运动控制卡，向伺服驱动器（2）给定式（9）中表述的正弦速度指令；

                        （9）

其中，A为正弦速度指令的幅值，f为给定频率，t表示时间；

通过SSI接口板（6）读取电动缸（3）的位移，并提取频率为f的信号θ_c有如下的形式：

                     （10）

其中B为对应频率B信号的幅值，φ为相位差；

进而通过式（11）求取电机的转速；

                （11）

其中m为电机到丝杠的减速比，C=2πfB；

根据式（11）的相位差，推导出式（8）中的为：

                        （12）

第五步 设置位置控制模块（9）的参数

位置控制模块（9）由比例积分控制环节和前馈控制环节组成，参数有比例参数K_pp和前馈参数K_fd，在位置控制模块（9）的作用下，位置控制环的传递函数G_p（s）如（13）式所示；

                 （13）

按照自动控制原理，将上述二阶系统的阻尼系数设置为0.707，设置

                         （14）

至此完成了基于实验的伺服电动缸（3）控制参数设定。