[发明专利]一种新型回转支承试验台驱动控制方法

摘要

本发明公开了一种新型回转支承试验台驱动控制方法，包括如下步骤：(1)采用系统辨识方法获取回转支承控制系统传递函数模型；(2)设定系统期望的阶跃响应轨迹，采用非线性最小二乘法迭代出初始的控制器参数向量，并保持不变；(3)对线性控制器进行拆分，得到控制器的参数分量和结构分量；(4)对初始的线性PID控制器结构分量加入耦合项以形成候选的控制器，并对耦合变量的指数进行迭代。本发明提出了一种新型回转支承试验台驱动控制方法，通过将传统PID控制器非线性化，实现了回转支承试验台的精确位置控制，使得回转支承能够跟踪所设定的期望轨迹，从而能够提高试验台的稳定性。

主权项

一种新型回转支承试验台驱动控制方法，其特征包括如下步骤：(1)根据图1所示系统辨识方法建立回转支承控制系统的开环传递函数，在伺服运动控制器中给定1s时长、幅值为1rad的单位阶跃位置控制信号r0后，通过回转支承大齿轮处的位置传感器测得位置信号数据y0，并使用MATLAB进行滤波处理；(2)根据二阶系统性能指标设定回转支承期望的阶跃响应轨迹y：式中，s为Laplace算子，ξ为系统的阻尼比，ωn为系统的固有频率，其中根据2％准则可得固有频率为：式中Tset为系统的稳定时间，稳定时间从另一角度决定了系统的响应速度；根据图2所示原理，在设定期望轨迹y后，使用非线性最小二乘法迭代出初始的PID控制器参数，即比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，并保持这3个参数不变；控制器参数迭代过程如图4所示，线性PID控制器的表示形式为：(3)对步骤(2)中所述的线性PID控制器进行拆分，传统的回转支承位置PID控制器为控制器参数与误差e(t)、误差积分∫e(t)dt、误差微分的线性组合，即：式中，θi为控制器参数向量，Mi为控制器结构向量；通过对线性的控制器MΘ进行拆分，得到控制器的参数向量θi和结构分量Mi，即：控制器参数向量：Θ＝[θ1,θ2,θ3]T＝[Kp,Ki,Kd]T，控制器结构向量：式中，T表示向量/矩阵的转置；(4)对初始的线性PID控制器结构向量的3个变量进行一对一耦合以形成候选的控制器；为了确定出最好的耦合情形，对每一种耦合的变量fi(x,r)加入指数，并以所设定的控制器适应度为目标进行指数的迭代，以修正变量耦合后带来的系统误差，具体技术流程如图4所示；将控制器变量加入初始的控制器结构向量并进行指数的迭代，即所形成的候选控制器形式为：式中，fi(x,r)为耦合项，x为耦合变量，r为系统输入，γi为耦合项加入的指数；(5)所述步骤(4)中指数的迭代只是为了确定最佳的耦合情形，所得控制器的精确性不是很高，因此需要通过继续调整指数γi提高控制器精度，使得回转支承控制系统响应更接近所设定的期望的响应y。