[发明专利]一种基于改进CPSO的自抗扰位置伺服系统优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度位置伺服控制系统的技术领域，具体涉及一种基于CPSO的自抗扰位置伺服系统优化设计方法，适用于永磁同步电机的高精度位置控制。

背景技术

在高精度位置伺服系统中，由于永磁同步电机(PMSM)性能优越，广泛应用于各种工业领域，逐渐成为高精度伺服系统执行电机的主流。目前在传统的PMSM位置伺服系统中，最常见的形式是三环线性结构，控制环中一般都采用PID控制器，实现较为简单，然而永磁同步电机作为一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，在伺服系统实际运行过程中，存在着电机本体参数时变、负载对象具有不确定性以及应用环境存在干扰等诸多扰动因素，这种控制结构存在控制器较多，适用范围较小，系统抗扰能力较差等缺点，难以满足PMSM位置伺服系统追求的定位的快速性、准确性和无超调等性能指标。

为了获得高性能的PMSM位置伺服系统，很多先进的非线性控制算法被应用于永磁同步电机的控制研究中，如自抗扰控制、内膜控制、模糊控制、神经网络控制、滑模变结构控制等。其中，由于自抗扰控制技术(ADRC)不依赖于被控对象的内部机理和外扰规律，通过对总扰动量的实时估计并给予及时主动补偿，具有抗扰动能力强、精度高、响应速度快等特点，同时算法简单易实现，成为了PMSM伺服控制系统控制策略的研究热点。然而ADRC参数较多，调节繁杂，参数整定过程和效果在很大程度上依赖于人们的经验，因此，参数整定问题成为ADRC实际应用所要解决的一个最基本问题。

目前，对自抗扰控制器的参数优化的研究成果，主要是结合各种智能参数寻优算法对ADRC的参数进行寻优，如基于时间尺度ADRC整定方法、自适应遗传算法(AGA)、小生境粒子群优化算法等，取得了一定效果。针对自抗扰位置控制器，有研究者将模糊控制理论引入到位置自抗扰控制器的设计中，减少了可调参数，然而模糊控制规则的设计较为困难，并且只是整定ADRC中非线性误差反馈的参数，依然没有解决参数整定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CPSO的自抗扰位置伺服系统优化设计方法，旨在实现位置控制精度高、响应速度快、抗扰动能力强和稳定性能好的永磁同步电机位置伺服系统。

为实现上述技术目的，本发明将采取以下的技术方案：一种基于改进混沌粒子群算法的自抗扰位置伺服控制系统的优化设计方法，其特征在于：采用位置外环，电流内环的双环控制结构，建立了二阶自抗扰位置伺服控制系统，然后从采用混沌立方映射对粒子位置进行初始化、指数自适应非线性的调整惯性权重和混沌与稳定之间交替运动的粒子位置更新方式三个方面，提出一种改进的混沌粒子群算法来对自抗扰位置控制器进行参数寻优，解决其参数整定问题。其具体步骤如下：

步骤1：采用位置外环和电流内环的双环控制结构，根据位置给定值θ^*和位置反馈值θ设计二阶自抗扰位置控制器，电流环任然仍采用PI调节器，搭建永磁同步电机二阶自抗扰位置伺服控制闭环回路。

步骤2：初始化粒子群算法参数，包括粒子总个数n设为20，粒子的搜索空间维数D设置为5，加速度常数c₁、c₂的值都设置为2，惯性权重ω的最小值ω_min设置为0.4，最大值ω_max设置为0.9，最大迭代次数T设置为100。第i(i＝1,2,…,n)个粒子的位置X_i＝(x_i1,x_i2,…,x_iD)代表着二阶自抗扰位置控制器中需要整定的5个参数{β₀₁,β₀₂,β₀₃,β₁,β₂}，确定每一个参数的调节范围，即第d维的范围[x_dmin,x_dmax]，粒子i第d维的速度v_id的最大值v_dmax＝0.2×x_dmax，初始化自抗扰位置控制器其它不需要整定的参数，给出终止条件。

步骤3：初始化粒子种群，采用混沌立方映射对粒子位置进行初始化，并采用随机过程初始化粒子速度。