[发明专利]运动控制系统的模型辨识和参数设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种运动控制系统的模型辨识和参数设计方法，涉及模型辨识及控制工程领域，它解决现有运动系统运动设备模型辨识时间长、辨识不准的问题。本发明中所述运动系统包括主机、从机和运动设备。本发明中模型辨识和参数设计系统利用Matlab/Gui实现，该系统安装在主机上，主机与从机通过串口进行数据传输。利用模型辨识和参数设计系统可以发送阶跃响应命令、发送频域扫描命令、接收从机反馈的运动设备的阶跃响应数据和频域响应数据、利用基于Matlab编写的算法辨识运动设备的数学模型参数和运动设备的谐振频率、观察系统bode图、设置系统控制参数。

技术领域

本发明涉及于模型辨识及控制工程领域，尤其涉及一种可以帮助操作者更快、更准确辨识运动设备模型参数和谐振频率，大大提高设计控制参数的效率的运动控制系统的模型辨识和参数设计方法及系统。

背景技术

随着工业自动化水平的提高，越来越多的运动设备如电机、运动平台、机械臂等成为了生产过程中的主要角色，但是这些运动设备作为控制系统中的运动设备在初期调试时过程复杂、耗时较长，而且控制精度要求较高时控制参数和控制算法很难设计，其主要原因是运动设备模型参数辨识复杂、辨识不准、控制参数设计与模型辨识分离。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术的缺陷，提高运动控制系统设计效率，提供一种可以帮助操作者更快、更准确辨识运动设备模型参数和谐振频率，大大提高设计控制参数的效率的运动控制系统的模型辨识和参数设计方法

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种运动控制系统的模型辨识和参数设计方法，包括如下步骤：

连接通信步骤：主机与从机进行通信；

阶跃响应步骤：主机的模型辨识和参数设计系统设置阶跃幅值StepGain，主机将带有StepGain信息的阶跃响应指令发送给从机，从机接收到阶跃响应指令后会控制运动设备响应幅值为StepGain的阶跃输入，完成后会将阶跃响应数据发送给主机，主机进行模型辨识；

模型辨识步骤：运动设备的数学模型是：

其中G_P(s)为运动设备的数学模型，s为拉氏算子，增益K、机械时间常数T_m、电气时间常数T_e，

阶跃输入可以被描述为：

其中r(s)为阶跃输入的传递函数，StepGain为阶跃输入的幅值，理论上运动设备时域阶跃响应为G_P(s)r(s)的拉式反变换：

其中y(t)为运动设备的时域阶跃响应，e为自然常数，t为时间；

利用李雅普诺夫最小二乘法可以根据从机上传的阶跃响应数据求出增益K、机械时间常数T_m、电气时间常数T_e；

频域扫描步骤：在模型辨识和参数设计系统设置起始频率FqStart、终止频率FqEnd、频率增益FqGain和输入增益InputGain，主机将带有频域扫描信息的频域扫描指令发送给从机，从机控制运动设备进行频域扫描，完成后会将频域扫描数据发送给主机，主机进行频域扫描辨识；

频域扫描辨识步骤：主机收到从机发送频域扫描数据后，主机通过模型辨识和参数设计系统利用频域辨识算法FqScan2Bode()将频域扫描数据利用分段拟合的方法进行数据处理从而得到运动设备频域响应P(s)并求出运动设备的谐振频率；