[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种伺服电动缸控制器参数设定方法，特别是一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法。

背景技术

典型的伺服电动缸控制系统的硬件结构由计算机、伺服驱动器和电动缸等组成，软件则主要由电流控制模块、速度控制模块和位置控制模块组成。其中，电流控制模块和速度控制模块置于伺服驱动器中，而位置控制模块置于计算机中。电流控制模块通过控制电动缸上电机的电流形成电流控制环，速度控制模块通过控制电动缸上电机的转速形成速度控制环，位置控制模块通过控制电动缸的位置形成位置控制环，其中电流控制环为内环，速度控制环为中间环，位置控制环为外环。

传统的方法中，电流控制模块、转速控制模块和位置控制模块的参数设定基于伺服电功缸的数学模型进行设置，并利用经验进行调节，在实际中效率较低。而且伺服电动缸的数学模型较为复杂，再加上伺服驱动器和计算机，使得伺服电动缸系统的模型难以准确建立，因此利用传统方法往往难以达到满意的性能。

此外，国内外相关文献中对电动缸控制器参数设置的方法介绍较少，多是基于工程经验，不利于通用化设计。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法，解决目前电动缸控制器参数设置复杂、性能差别较大的问题。

一种基于实验的伺服电动缸控制器参数设定方法的具体步骤如下：

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、伺服驱动器、电动缸、多圈绝对位置传感器、运动控制板、SSI接口板、电流控制模块、转速控制模块和位置控制模块。

运动控制板和SSI接口板安装在计算机中，运动控制板的输出端与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与电动缸的输入端连接，多圈绝对位置传感器与电动缸的丝杠同轴连接，多圈绝对位置传感器的输出端与SSI接口板的输入端连接。电流控制模块和转速控制模块安装在伺服驱动器中，位置控制模块安装在计算机中。

电流控制模块的功能是：根据电流指令，实现对电动缸中电机电流的控制；转速控制模块的功能是：根据转速指令实现对电动缸中电机转速的控制；位置控制模块的功能是：根据位置指令实现对电动缸的伺服控制。

第二步 设置电流控制模块的参数

电流控制模块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，则应当按照式（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应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应当设定如下：

                            （5）

从而可得，电流控制环截止频率为f_i时，电流控制模块比例和积分参数的设定值应当设定如下：

                         （6）

第三步 设置转速控制模块的参数

转速控制模块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应设置如下：