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专利号: 2015101665878
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种增强型的增益鲁棒分数阶PID控制器参数整定方法,电机系统位置控制模型的传递函数形如:其中J为有效负荷的惯性参数;T1,T2为系统的时间常数,s为拉普拉斯算子;K1为增益常数;其特征在于,电机系统位置鲁棒控制器的参数整定方法,包括以下步骤:(1)对于电机系统位置控制模型的传递函数P(s),其待整定增强型的增益鲁棒分数阶PID控制器传递函数形式 待整定参数为比例系数Kp,积分系数Ki,微分系数Kd,积分阶次λ,微分阶次μ,并给定需校正穿越频率ωc和需保持稳定的相位裕度φm;

(2)利用MATLAB画出被控对象P(s)的伯德图,求得在频率ωc处的模值|P(jωc)|,及相角Arg[P(jωc)],同时给定ωc周围两个频率点ωb,ωh,其中ωb,ωh经验值取值范围30%ωc≤ωb<ωc<ωh≤350%ωc,并利用MATLAB所画出被控对象P(s)的伯德图,求得在频率ωb处的相角Arg[P(jωb)]及ωh处的相角Arg[P(jωh)];

(3)将增益鲁棒性条件作为目标函数,令:

其中G(jω)=C(jω)P(jω);

(4)利用幅值裕度稳定性条件,根据穿越频率的定义,开环系统传递函数G(jωc)=C(jωc)P(jωc)在穿越频率ωc处幅值为1,于是可以得到:|G(jωc)|=|C(jωc)P(jωc)|=1          (3)将(3)等式转换为不等式,可得:

||C(jωc)|-1/|P(jωc)||≤0        (4)(5)利用相位裕度稳定性条件,系统开环传递函数在穿越频率ωc处相位裕度为φm;

Arg[G(jωc)]=Arg[C(jωc)P(jωc)]=-π+φm      (5)其中Arg[C(jωc)P(jωc)]=Arg[C(jωc)]+Arg[P(jωc)];

将(5)等式转换为不等式,可得

|Arg[C(jωc)P(jωc)]+π-φm|≤0           (6)(6)为扩大系统开环相频特性的平坦范围,添加两个约束条件Arg[G(jωb)]=Arg[C(jωb)P(jωb)]=-π+φm          (7)Arg[G(jωh)]=Arg[C(jωh)P(jωh)]=-π+φm          (8)将(7)(8)等式转换为不等式,可得

|Arg[C(jωb)P(jωb)]+π-φm|≤0           (9)|Arg[C(jωh)P(jωh)]+π-φm|≤0          (10)(7)利用MATLAB中的Fmincon函数工具箱,将式(2)作为目标函数,式(4)(6)(9)(10)作为约束条件,可求解出增强型的增益鲁棒分数阶PID五个参数最优解,即得到Kp,Ki,Kd,λ,μ;

(8)将上述求出的五个参数带入 即完成控制器参数整定。