[发明专利]一种基于继电器位置反馈相轨迹曲线拟合的伺服系统辨识方法

说明书

本发明公开一种基于继电器位置反馈相轨迹曲线拟合的伺服系统辨识方法，涉及伺服运动控制等领域，该方法基于继电反馈技术及最优化曲线拟合实现，其实现步骤为：设置实验参数及继电器参数；进行继电器位置反馈实验，记录位移和速度数据得到实际相平面轨迹；设置代价函数参数的初始值；进行曲线拟合并根据拟合结果修正参数初始值，直至拟合曲线与实际曲线一致；确定伺服系统模型及其参数。本发明可避免最小二乘法辨识伺服系统要求加速度信息的缺点，不存在基于描述函数法频域辨识的近似问题，能以较少的伺服系统信息获取较高的辨识精度，并且具有运行时间短，易于现场实现，调试过程灵活等优点，为提高伺服系统的运动性能和系统可靠性提供了依据。

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种基于继电器位置反馈相轨迹曲线拟合的伺服系统辨识方法。

背景技术

随着制造和控制技术的发展，具有精确速度和位置控制潜能的伺服系统广泛应用于现代工业中，发挥着控制核心的作用。但是，伺服系统的精度由于外界干扰、摩擦力等因素受到限制，一些诸如补偿器、基于模型的控制器等提高伺服系统控制精度的方法已经得到广泛应用，但是这些方法大多基于高精度的伺服系统参数设计开发的，因此高精度的伺服系统辨识方法受到了众多控制领域开发设计人员的关注。

伺服系统辨识方法可以分为在线辨识和离线辨识两大类。在线辨识方法诸如递推最小二乘法(RLS)等主要辨识一些时变的模型参数的辨识和参数辨识的暂态收敛性，离线辨识方法诸如最小二乘法、扫频法等在对时不变的参数的辨识领域中得到了广泛应用，但是最小二乘法存在需要加速度信息的缺点，而且使用最小二乘法、扫频法等辨识时需要外界激励信号。继电反馈辨识方法由KJ和T于1984年提出，该方法不需外界激励信号即可进行伺服系统辨识，因此简便性和有效性受到众多学者的关注和研究。该方法最早应用与过程控制，因伺服系统的延时较小，难以激起可以观测到的振荡，因此在使用继电反馈辨识方法时需引入人工延时(Artificial Delay Time)。

经对现有文献检索发现，中国专利申请号为200910051179.2，名称为“基于继电反馈的交流伺服系统自整定方法”和中国专利申请号为201010131841.8，名称为“基于继电反馈的伺服系统控制方法”，该技术通过描述函数法辨识伺服系统参数，并设计了PID控制器，取得了较好的控制效果，但因描述函数法存在近似处理导致的误差，因而被控伺服系统的模型辨识精度受到限制。C.Liu等在文献“A Relay Shaping Method for ServoMechanical System Identification”(一种滤波整形的伺服系统辨识方法)中提出一种整形滤波的方法，通过对继电器模块输出进行整形滤波使其更接近正弦波从而减小近似误差，以此对描述函数法改进，这种方法虽然能够有效减小近似误差提高辨识精度，但是增加了设计滤波器的工作量。

又经检索发现，J.Liu等在文献“Servo system identification using relayfeedback:A time-domain approach”(使用继电反馈进行伺服系统辨识：一种时域方法)中提出了一种基于继电器速度反馈的时域特征，该方法能够避免描述函数法的近似误差，但存在速度反馈的量化误差带来的影响。中国专利申请号为201310647691.X，名称为“一种基于继电器位置反馈时域特征的伺服系统辨识方法”，该技术通过继电器位置反馈时域特征进行辨识，避免了上述文献速度反馈的量化误差和描述函数法的近似误差，但仍然是通过继电反馈实验只为获取极限环的某些特征，存在数据利用率较低的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于继电器位置反馈相轨迹曲线拟合的伺服系统辨识方法，通过将伺服系统辨识问题转化为最优化曲线拟合问题，利用最优化理论和通过伺服系统微分方程获得的相轨迹表达式进行曲线拟合，获得待辨识的伺服系统参数。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过将伺服系统辨识问题转化为最优化曲线拟合问题，利用最优化理论和通过伺服系统微分方程获得的相轨迹表达式进行曲线拟合，获得待辨识的伺服系统参数。