CN115291569A - 伺服***及其参数在线调节方法 - Google Patents

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CN115291569A CN202210940092.6A CN202210940092A CN115291569A CN 115291569 A CN115291569 A CN 115291569A CN 202210940092 A CN202210940092 A CN 202210940092A CN 115291569 A CN115291569 A CN 115291569A
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陈捷
文慧
孟林
李男
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Abstract

本发明公开了一种伺服***及其参数在线调节方法、装置、存储介质，方法包括：确定***中待调节环路的基准参数序列，待调节环路包括速度环和/或位置环；基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，并获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值；根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。该方法通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。

Description

伺服***及其参数在线调节方法
技术领域
本发明涉及伺服控制技术领域，尤其涉及一种伺服***及其参数在线调节方法、装置、存储介质。
背景技术
在伺服***中，为了在不同的负载环境下都具有良好的动静态响应，需对控制器参数实时调整。在伺服三环控制中，电流环控制器参数一般只与电机电气特性相关，可默认为其在出厂后固定不变，因此只需对速度环和位置环控制器参数进行调整，以便获取最佳性能。因此，如何根据***参数合理的对伺服***的速度环和位置环控制器参数进行自整定，对提高伺服***控制性能具有重要意义，也是伺服***研究热点之一。
对此，有相关技术，根据位置环增益、速度环增益、速度环积分时间以及低通滤波时间常数四个参数组成与负载刚性相关的参数表，根据输入与反馈信号的频率特性，以刚性递增的变化对***进行振动检测，寻求最高刚性等级，并以最高等级参数作为最优控制参数，实现了控制参数调整。该相关技术的弊端在于：通过不断增加刚性寻找临界振荡点，以振荡阈值作为判定条件，很容易造成***振荡，同时阈值的设定难度较高；仅通过最高刚性等级作为其最优参数，对于柔性负载条件下会造成***振荡现象；利用对反馈信号进行频谱分析计算量较大，因此带来的调谐时间加长，效率低下。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种伺服***的参数在线调节方法，通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
本发明的第二个目的在于提出一种伺服***。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种伺服***的参数在线调节方法，方法包括：确定***中待调节环路的基准参数序列，待调节环路包括速度环和/或位置环，速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益，位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益；基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，并获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值；根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。
根据本发明实施例的伺服***的参数在线调节方法，确定***中待调节环路的基准参数序列，基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，并获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，以及根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。该方法通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
根据本发明的一个实施例，确定***中待调节环路的基准参数序列，包括：根据速度环带宽确定速度环增益和速度环积分时间常数，并根据转矩常数和转动惯量确定转矩前馈增益；根据位置环带宽确定位置环增益，并根据前馈调节系数确定转速前馈增益，其中，位置环带宽根据速度环带宽确定。
根据本发明的一个实施例，速度环增益等于速度环带宽，速度环积分时间常数等于速度环增益与第一转换系数的比值，转矩前馈增益等于转动惯量与转矩系数的比值；位置环增益等于位置环带宽，转速前馈增益等于前馈调节系数的倒数，其中，位置环带宽等于速度环带宽与第二转换系数的比值。
根据本发明的一个实施例，基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，包括：根据基准参数序列确定参数序列范围；按照预设调节步长，从参数序列范围的最小参数序列逐步调节至最大参数序列或者从最大参数序列逐步调节至最小参数序列。
根据本发明的一个实施例，获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，包括：当待调节环路为速度环时，在每次参数调节后，控制***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对***的转速给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值；当待调节环路为位置环时，在每次参数调节后，控制***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对***的位置给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值。
根据本发明的一个实施例，转速给定指令和位置给定指令均为至少一个周期的阶跃指令或梯形波指令。
根据本发明的一个实施例，第一评价函数和第二评价函数包括ITAE评价函数、IITAE评价函数和ITSE评价函数中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数，包括：获取至少一个评价函数值中的最小值或极小值；将最小值或极小值对应的参数作为待调节环路的最优参数。
根据本发明的一个实施例，方法还包括：判断***是否存在响应超调或抖动；确定***存在响应超调或抖动，调节前馈调节系数。
根据本发明的一个实施例，在调节前馈调节系数后，方法还包括：确定***仍存在响应超调或抖动、且前馈调节系数达到预设调节系数范围，调节速度环积分时间常数。
根据本发明的一个实施例，在调节速度环积分时间常数后，方法还包括：确定***仍存在抖动、且速度环积分时间常数的调节次数达到预设次数或速度环积分时间常数达到参数序列范围，获取***的速度反馈信号；根据速度反馈信号获取***的抖动频率；根据抖动频率确定滤波参数，并根据滤波参数进行抖动抑制。
根据本发明的一个实施例，在根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数之后，方法还包括：判断***是否存在共振；确定***存在共振，获取共振频率；根据共振频率确定陷波参数，并根据陷波参数进行共振抑制。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种伺服***，包括：位置环，位置环包括比例调节器和位置前馈调节器；速度环，速度环包括第一比例积分调节器和速度前馈调节器；电流环，电流环包括第二比例积分调节器；处理器，处理器用于确定***中待调节环路的基准参数序列，并基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，以及获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，并根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数，其中，待调节环路包括速度环和/或位置环，速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益，位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益。
根据本发明实施例的伺服***，处理器确定***中待调节环路的基准参数序列，并基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，以及获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，并根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。该***通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
根据本发明的一个实施例，***还包括：位置误差器，位置误差器的第一输入端与位置指令给定端和位置前馈调节器的输入端相连，位置误差器的第二输入端与位置反馈端相连，位置误差器的输出端与比例调节器的输入端相连；速度误差器，速度误差器的输入端与比例调节器的输出端、位置前馈调节器的输出端和速度反馈端相连，速度误差器的输出端与第一比例积分调节器的输入端相连，位置前馈调节器的输出端与速度前馈调节器的输入端相连；电流合成器，电流合成器的输入端与第一比例积分调节器的输出端和速度前馈调节器的输出端相连，电流合成器的输出端与第二比例积分调节器的输入端相连，第二比例积分调节器的输出端与负载相连。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的伺服***的参数在线调节方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的伺服***的控制框图；
图3为根据本发明一个实施例的阶跃指令的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的梯形波指令的示意图；
图5为根据本发明一个实施例的速度环参数的调节流程图；
图6为根据本发明一个实施例的位置环参数的调节流程图；
图7为根据本发明一个实施例的***参数的优化流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例提出的伺服***及其参数在线调节方法、装置、存储介质。
图1为根据本发明一个实施例的伺服***的参数在线调节方法的流程图，参考图1所示，该伺服***的参数在线调节方法可包括以下步骤：
S101，确定***中待调节环路的基准参数序列，待调节环路包括速度环和/或位置环，速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益，位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益。
需要说明的是，伺服***的三环控制结构包括位置环、速度环和电流环，由于电流环控制器参数一般只与电机电气特性相关，可默认为其在出厂后固定不变，因此可仅对速度环和位置环控制器参数进行调整，以便获取最佳性能。
在调节时，可仅对速度环控制器参数进行调节，也可以仅对位置环控制器参数进行调节，或者对速度环和位置环控制器参数进行调节。当对速度环和位置环控制器参数调节时，可先对速度环控制参数进行调节，再对位置环控制器参数进行调节，即从内环到外环进行调节，这样可以使得***环路稳定，同时***参数设定能够得到较快、较稳的频域响应。
在确定了待调节环路后，确定待调节环路的基准参数序列即初始参数序列。
如图2所示，在该伺服***中，位置环包括比例控制器和位置前馈调节器，速度环包括比例积分控制器和速度前馈调节器，电流环包括比例积分控制器，相应的，伺服***的控制器参数包括位置环增益Kpp、转速前馈增益Kpf、速度环增益Kpv、速度环积分时间常数Kiv和转矩前馈增益Kvf，在进行参数调节时，主要是对这些参数进行调节，以获得最优参数，从而使得伺服***获得最佳性能。
在进行参数调节前，上述每个参数均具有初始值，因此将这些初始值构成的序列作为基准参数序列，其中，将位置环对应的初始值构成的序列作为位置环的基准参数序列，包括位置环增益Kpp和转速前馈增益Kpf，可用Kpj＝{Kpp,Kpf}进行表示；将速度环对应的初始值构成的序列作为速度环的基准参数序列，包括速度环增益Kpv、速度环积分时间常数Kiv和转矩前馈增益Kvf，可用Kvj＝{Kpv,Kiv,Kvf}进行表示。
在一些实施例中，确定***中待调节环路的基准参数序列，包括：根据速度环带宽确定速度环增益和速度环积分时间常数，并根据转矩常数和转动惯量确定转矩前馈增益；根据位置环带宽确定位置环增益，并根据前馈调节系数确定转速前馈增益，其中，位置环带宽根据速度环带宽确定。
进一步的，速度环增益等于速度环带宽，速度环积分时间常数等于速度环增益与第一转换系数的比值，转矩前馈增益等于转动惯量与转矩系数的比值；位置环增益等于位置环带宽，转速前馈增益等于前馈调节系数的倒数，其中，位置环带宽等于速度环带宽与第二转换系数的比值。
具体来说，参考图2所示，可将电流环内环等效为理想环节，从而可将速度环等效为一阶惯性环节，即速度环的闭环传递函数为：
Figure BDA0003785164330000051
其中，ωv为速度环带宽。
那么，可根据期望的速度环带宽确定速度环增益Kpv，即Kpv＝ωv，进而根据速度环增益Kpv确定速度环积分时间常数Kiv，即
Figure BDA0003785164330000052
其中，n1为第一转换系数。
同理，由于速度环作为内环，响应快于位置环，即位置环的截止频率远小于速度环时间常数的倒数，因此速度环可以等效为一阶惯性环节，位置环即可校正成为I型***，其开环传递函数为：
Figure BDA0003785164330000061
其中，Tsv为速度环时间常数。
那么，可以根据期望的位置环带宽确定位置环增益Kpp，即Kpv＝ωp，其中，ωp为位置环带宽，
Figure BDA0003785164330000062
n2为第二转换系数。
位置环的闭环传递函数为：
Figure BDA0003785164330000063
其中，KT为转矩系数，GPIv为电流环的比例积分控制器的传递函数，λ为前馈调节系数，J为转动惯量。
从公式(3)可以看出，当λKpf＝1且
Figure BDA0003785164330000064
时，位置响应完全跟随位置指令，从而可以获得转速前馈增益Kpf，即
Figure BDA0003785164330000065
以及转矩前馈增益Kvf。需要说明的是，初始时，转动惯量J、转矩系数KT以及前馈调节系数λ均有一个默认出厂值。
S102，基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，并获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值。
具体来说，在获得基准参数序列后，以基准参数序列为基准，逐步调节待调节环路的参数，并在每次参数调节后，利用相应的评价函数进行评价得到一个评价函数值，从而可以得到多个评价函数值。
在一些实施例中，基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，包括：根据基准参数序列确定参数序列范围；按照预设调节步长，从参数序列范围的最小参数序列逐步调节至最大参数序列或者从最大参数序列逐步调节至最小参数序列。
具体来说，当待调节环路为速度环时，其基准参数序列为Kvj＝{Kpv,Kiv,Kvf}，相应的参数序列范围可为[a1*Kvj,b1*Kvj]，其中，a1和b1为系数，具体可根据实际情况进行设置，并且所设置的系数需要保证***能够正常运行，例如a1＝0.5，b1＝2.0。在进行参数调节时，可以按照预设调节步长如0.1Kvj，从最小参数序列a1*Kvj逐步调节至最大参数序列b1*Kvj，或者，从最大参数序列b1*Kvj逐步调节至最小参数序列a1*Kvj。
当待调节环路为位置环时，其基准参数序列为Kpj＝{Kpp,Kpf}，相应的参数序列范围可为[a2*Kpj,b2*Kpj]，其中，a2和b2为系数，具体可根据实际情况进行设置，并且所设置的系数需要保证***能够正常运行，例如a2＝0.5，b2＝2.0。在进行参数调节时，可以按照预设调节步长如0.1Kpj，从最小参数序列a2*Kpj逐步调节至最大参数序列b2*Kpj，或者，从最大参数序列b2*Kpj逐步调节至最小参数序列a2*Kpj。
需要说明的是，上述参数序列范围的设置以及参数调节的方式仅作为示例性说明，并不作为是对本申请的具体限制，例如，在参数调节时，也可以从基准参数序列向两边调节，具体这里不做限制。
在一些实施例中，获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，包括：当待调节环路为速度环时，在每次参数调节后，控制***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对***的转速给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值；当待调节环路为位置环时，在每次参数调节后，控制***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对***的位置给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值。
需要说明的是，控制***中常用的评价函数有IAE(Integral Absolute Error，积分绝对误差)评价函数、ISE(Integral Square Error，积分平方误差)评价函数、ITSE(Integral Time-weighted Square Error，时间加权积分平方误差)评价函数、ITAE(Integral Time-weighted Absolute Error，时间加权积分绝对误差)评价函数以及IITAE(改进的ITAE)评价函数，相应的计算公式如公式(4)-(8)所示：
IAE评价函数：
Figure BDA0003785164330000071
ISE评价函数：
Figure BDA0003785164330000072
ITSE评价函数：
Figure BDA0003785164330000073
ITAE评价函数：
Figure BDA0003785164330000074
IITAE评价函数：
Figure BDA0003785164330000075
当按照上述评价函数进行控制器参数整定时，所得到的***闭环控制效果是不同的。其中，基于IAE评价函数的性能指标对小偏差抑制能力比较强，当将IAE评价函数用于评价二阶***时，其阶跃响应的超调量减小且调节时间缩短；基于ISE评价函数的性能着重于抑制过渡过程中的大偏差的出现，但是容易造成***的振荡以及响应超调增大，从而可能导致***的稳定性变差；基于ITAE评价函数的性能指标则可使调节时间较短；基于ITSE评价函数的性能指标在控制大偏差的同时可以缩短调节时间。
按照不同的积分误差指标整定控制器参数，所对应的***响应不同。总结上述评价函数，对抑制大误差：ISE评价函数比IAE评价函数好；抑制小误差：IAE评价函数比ISE评价函数好；ISE评价函数的性能指标对应的***响应，其最大动态偏差较小，调节时间较长，IAE评价函数的性能指标对应的***响应调节时间最短，但最大动态偏差最大；ITAE评价函数能够较好的抑制长时间存在的误差，其常与其它积分误差指标并用。
在实际***参数整定中，一般先改变某些控制器参数(通常是比例带)，使***响应获得规定的衰减率，然后再改变另外一些参数，最后经过综合反复调整所有参数，以期在规定的衰减率下使选定的某一误差积分指标最小，从而获得最优参数。
具体来说，当待调节环路包括速度环和位置环时，先对速度环进行参数调节。需要说明的是，在对速度环内环进行参数调节时，位置环外环不参与运行。
在对速度环进行参数调节时，可先设置速度环参数为0.5Kvj，而后给定一个转速给定指令，使得***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对***的转速给定与响应进行评价得到一个评价函数值。可选的，转速给定指令为至少一个周期的阶跃指令或梯形波指令，如图3所示，转速给定指令为一个周期的阶跃指令，如图4所示，转速给定指令为一个周期的梯形波指令，幅值可以为负载(如伺服电机)的额定转速的50％至100％，以使负载运行，同时利用第一评价函数计算一个周期的转速指令与响应的积分误差值得到一个评价函数值。而后，调节速度环参数为0.6Kvj，并给定一个转速给定指令，使得***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对***的转速给定与响应进行评价得到一个评价函数值。接着，调节速度环参数为0.7Kvj，重复执行，直至速度环参数为2.0Kvj。至此，可以得到针对速度环的多个评价函数值，基于多个评价函数值可获得速度环的最优参数。
而后，对位置环进行参数调节。需要说明的是，在对位置环进行参数调节时，速度环的参数为基于前述调节方式确定的最优参数。
在对位置环进行参数调节时，可先设置位置环参数为0.5Kpj，而后给定一个位置给定指令，使得***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对***的位置给定与响应进行评价得到一个评价函数值。可选的，位置给定指令为至少一个周期的阶跃指令或梯形波指令，如图3-图4所示，其幅值可以根据实际情况进行设置以使负载运行，同时利用第二评价函数计算一个周期的位置指令与响应的积分误差值得到一个评价函数值。而后，调节位置环参数为0.6Kpj，并给定一个位置给定指令，使得***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对***的位置给定与响应进行评价得到一个评价函数值。接着，调节位置环参数为0.7Kpj，重复执行，直至位置环参数为2.0Kpj。至此，可以得到针对位置环的多个评价函数值，基于多个评价函数值可获得位置环的最优参数。
需要说明的是，第一评价函数和第二评价函数根据***的实际工况和响应需求确定。由于评价函数不同，所得到评价函数值不同，最终确定的最优参数可能就不同，因而针对不同的工况以及响应需求，通过选择相适应的评价函数，最终能够确定出与之相应的一组最优参数，从而能够满足不同的实际需求。例如，第一评价函数和第二评价函数包括ITAE评价函数、IITAE评价函数和ITSE评价函数中的一种或多种。可选的，第一评价函数可为ITAE评价函数；第二评价函数为ITAE评价函数，或者ITAE评价函数和IITAE评价函数的组合，或者ITAE评价函数和ITSE评价函数的组合。
S103，根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。
具体来说，基于速度环对应的多个评价函数值，能够确定出速度环对应的最优参数；基于位置环对应的多个评价函数值，能够确定出位置环对应的最优参数。
在一些实施例中，根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数，包括：获取至少一个评价函数值中的最小值或极小值；将最小值或极小值对应的参数作为待调节环路的最优参数。
具体来说，在通过前述方式获得速度环对应的多个评价函数值时，获取其中的最小值或极小值，该值对应的参数即为速度环的最优参数；在通过前述方式获得位置环对应的多个评价函数值时，获取其中的最小值或极小值，该值对应的参数即为位置环的最优参数。
上述实施例中，引入评价函数，通过评价函数值作为参数调节的判断依据，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且通过误差评价，无需通过经验阈值设定来判定最优参数，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
在一些实施例中，在获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值的过程中，或者，在根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数之后，方法还包括：判断***是否存在响应超调或抖动；确定***存在响应超调或抖动，调节前馈调节系数。进一步的，在调节前馈调节系数后，方法还包括：确定***仍存在响应超调或抖动、且前馈调节系数达到预设调节系数范围，调节速度环积分时间常数。
具体来说，由于伺服***常用于机器人等定位***对位置精度要求较高的工况中，故而要求伺服***的响应超调几乎为零，在伺服***中引入位置前馈调节器和速度前馈调节器，虽然可以提高***响应的快速性，但是往往会带来响应超调，因此在控制负载运行中，若辨识到***存在响应超调或抖动(即***失稳)，则可以调节位置环的前馈调节系数λ，以降低***响应超调或抖动。如果前馈调节系数λ超过设定的阈值范围，而***仍存在响应超调或抖动，则可以微调速度环的速度环积分时间常数Kiv，但是调节次数需要在设定范围内，且不能超过速度环的参数序列范围，从而得到稳定的位置和速度响应。
需要说明的是，上述调节过程可以在前述步骤S103执行完成得到***的最优参数后执行，也可以在前述步骤S102-S103执行的过程中执行，具体这里不做限制。
举例来说，在通过前述步骤S101-S103获得***的最优参数后，将最优参数作为***参数对***进行设置，而后给定一个位置给定指令，使得***按照位置给定指令运行，并辨识***是否存在响应超调或抖动，若存在，则调节前馈调节系数λ，以降低***响应超调或抖动，并重新给定一个位置给定指令，若***仍存在响应超调或抖动，则再次调节前馈调节系数λ，重复执行，直至***不存在响应超调或抖动。但是，当前馈调节系数λ达到设定的阈值范围，而***仍存在响应超调或抖动，则可以微调速度环积分时间常数Kiv，以降低***响应超调或抖动，并重新给定一个位置给定指令，若***仍存在响应超调或抖动，则再次微调速度环积分时间常数Kiv，重复执行，直至***不存在响应超调或抖动。但是，当微调次数达到设定的次数或者速度环积分时间常数Kiv达到参数序列范围，而***仍存在响应超调或抖动，则不再调节速度环积分时间常数Kiv。通常情况下，在对前馈调节系数λ以及速度环积分时间常数Kiv微调后是可以消除响应超调和抖动。
由此，通过对前馈调节系数以及速度环积分时间常数的调节，可实现对***的响应超调和抖动的调节，尽可能避免***出现响应超调或抖动，有效提高***性能，从而使得***能够适用于对位置精度要求很高的工况。
在一些实施例中，在调节速度环积分时间常数后，方法还包括：确定***仍存在抖动、且速度环积分时间常数的调节次数达到预设次数或速度环积分时间常数达到参数序列范围，获取***的速度反馈信号；根据速度反馈信号获取***的抖动频率；根据抖动频率确定滤波参数，并根据滤波参数进行抖动抑制。
也就是说，在对前馈调节系数以及速度环积分时间常数进行调节后，***的抖动仍无法消除时，可以获取***的速度反馈信号，并对速度反馈信号进行频谱分析得到***的抖动频率，进而根据抖动频率确定滤波参数，以及根据滤波参数进行抖动抑制，例如，可以基于滤波参数生成滤波器，并将该滤波器设置在速度环的输出与电流环的输入之间，以通过滤波器来消除***的抖动，该方式尤其适用于弹性***。
在一些实施例中，在根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数之后，方法还包括：判断***是否存在共振；确定***存在共振，获取共振频率；根据共振频率确定陷波参数，并根据陷波参数进行共振抑制。
具体来说，在通过前述步骤S101-S103获得***的最优参数后，将最优参数作为***参数对***进行设置，而后给定一个位置给定指令，使得***按照位置给定指令运行，并辨识***是否存在共振(即负载以固定频率振动)，若存在，则获取共振频率，并根据共振频率确定陷波参数，以及根据陷波参数进行共振抑制，例如，可以基于陷波参数生成陷波器，并将该陷波器设置在位置环、速度环或电流环中(具体设置位置不做限制)，以通过陷波器来消除***的共振，实现在线自动抑制***的共振的目的，避免***与负载共振对***和负载造成危害。
下面结合图5-图7所示具体示例来对本申请做进一步说明。
参考图5所示，先对速度环的参数进行调节，具体包括：
S201，根据速度环带宽设定基准参数序列Kvj。
S202，按照步长0.1Kvj调节速度环的参数。
S203，根据参数计算速度环对应的评价函数值，具体是给定一个速度给定指令，使得***按照速度给定指令驱动负载运行，并计算相应评价函数的积分误差值得到评价函数值。
S204，判断评价函数值是否极小或稳定。若是，则执行S205；否则，返回S202。
S205，当前参数为速度环的最优参数。
参考图6所示，再对位置环的参数进行调节，具体包括：
S301，根据位置环带宽设定基准参数序列Kpj。
S302，按照步长0.1Kpj调节位置环的参数。
S303，根据参数计算位置环对应的评价函数值，具体是给定一个位置给定指令，使得***按照位置给定指令驱动负载运行，并计算相应评价函数的积分误差值得到评价函数值。
S304，判断评价函数值是否极小或稳定。若是，则执行S305；否则，返回S302。
S305，当前参数为位置环的最优参数。
参考图7所示，在通过前述方式确定出速度环和位置环的最优参数后，对最优参数做进一步优化，具体包括：
S401，将***设定为单惯量***，并设置为定位模式。
S402，给定位置给定指令使***运行。
S403，判断***响应是否出现超调或抖动。若是，则执行S404；否则，执行S408。
S404，微调前馈调节系数λ，以消除***响应存在的超调或抖动。
S405，判断前馈调节系数λ是否达到阈值范围。若是，则执行S406；否则，返回S404。也就是说，在对前馈调节系数λ多次微调后，若前馈调节系数λ达到阈值范围，但***响应仍存在超调或抖动，则不再微调前馈调节系数λ，而是执行S406。
S406，微调速度环积分时间常数Kiv。
S407，判断调节次数是否达到预设次数。若是，则执行S408；否则，返回S406。也就是说，在对速度环积分时间常数Kiv多次微调后，若速度环积分时间常数Kiv达到参数序列范围或者调节次数达到预设次数，但***响应仍存在超调或抖动，则不再微调速度环积分时间常数Kiv，而是执行S408。
S408，调节结束。
在上述示例中，引入评价函数，通过评价函数值作为参数调节的判断依据，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且通过误差评价，无需通过经验阈值设定来判定最优参数，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能；并且，在***存在超调或抖动时，通过微调前馈调节系数和速度环积分时间常数能够有效消除***存在的超调或抖动，进一步提高了***的性能。
综上所述，根据本发明实施例的伺服***的参数在线调节方法，确定***中待调节环路的基准参数序列，基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，并获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，以及根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。该方法通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
对应上述实施例，本发明的实施例还提出一种伺服***。
如图2所示，伺服***300包括：位置环、速度环、电流环和处理器(未示出)。
其中，位置环包括比例调节器311和位置前馈调节器312；速度环包括第一比例积分调节器321和速度前馈调节器322；电流环包括第二比例积分调节器331；处理器用于确定***中待调节环路的基准参数序列，并基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，以及获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，并根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数，其中，待调节环路包括速度环和/或位置环，速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益；位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，伺服***300还包括：位置误差器340、速度误差器350和电流合成器360。其中，位置误差器340的第一输入端与位置指令给定端θr *和位置前馈调节器312的输入端相连，位置误差器340的第二输入端与位置反馈端θr相连，位置误差器340的输出端与比例调节器311的输入端相连；速度误差器350的输入端与比例调节器311的输出端、位置前馈调节器312的输出端和速度反馈端ωr相连，速度误差器350的输出端与第一比例积分调节器321的输入端相连，位置前馈调节器312的输出端与速度前馈调节器322的输入端相连；电流合成器360的输入端与第一比例积分调节器321的输出端和速度前馈调节器322的输出端相连，电流合成器360的输出端与第二比例积分调节器331的输入端相连，第二比例积分调节器331的输出端与负载相连。
根据本发明的一个实施例，处理器具体用于：根据速度环带宽确定速度环增益和速度环积分时间常数，并根据转矩常数和转动惯量确定转矩前馈增益；根据位置环带宽确定位置环增益，并根据前馈调节系数确定转速前馈增益，其中，位置环带宽根据速度环带宽确定。
根据本发明的一个实施例，速度环增益等于速度环带宽，速度环积分时间常数等于速度环增益与第一转换系数的比值，转矩前馈增益等于转动惯量与转矩系数的比值；位置环增益等于位置环带宽，转速前馈增益等于前馈调节系数的倒数，其中，位置环带宽等于速度环带宽与第二转换系数的比值。
根据本发明的一个实施例，处理器具体用于：根据基准参数序列确定参数序列范围；按照预设调节步长，从参数序列范围的最小参数序列逐步调节至最大参数序列或者从最大参数序列逐步调节至最小参数序列。
根据本发明的一个实施例，处理器具体用于：当待调节环路为速度环时，在每次参数调节后，控制***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对***的转速给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值；当待调节环路为位置环时，在每次参数调节后，控制***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对***的位置给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值。
根据本发明的一个实施例，转速给定指令和位置给定指令均为至少一个周期的阶跃指令或梯形波指令。
根据本发明的一个实施例，第一评价函数和第二评价函数包括ITAE评价函数、IITAE评价函数和ITSE评价函数中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，处理器具体用于：获取至少一个评价函数值中的最小值或极小值；将最小值或极小值对应的参数作为待调节环路的最优参数。
根据本发明的一个实施例，处理器还用于：在获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值的过程中，或者，在根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数之后，判断***是否存在响应超调或抖动；确定***存在响应超调或抖动，调节前馈调节系数。
根据本发明的一个实施例，处理器还用于：在调节前馈调节系数后，确定***仍存在响应超调或抖动、且前馈调节系数达到预设调节系数范围，调节速度环积分时间常数。
根据本发明的一个实施例，处理器还用于：在调节速度环积分时间常数后，确定***仍存在抖动、且速度环积分时间常数的调节次数达到预设次数或速度环积分时间常数达到参数序列范围，获取***的速度反馈信号；根据速度反馈信号获取***的抖动频率；根据抖动频率确定滤波参数，并根据滤波参数进行抖动抑制。
根据本发明的一个实施例，处理器还用于：在根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数之后，判断***是否存在共振；确定***存在共振，获取共振频率；根据共振频率确定陷波参数，并根据陷波参数进行共振抑制。
需要说明的是，关于伺服***中未披露的细节，请参考伺服***的参数在线调节方法所披露的细节，具体这里不再赘述。
根据本发明实施例的伺服***，处理器确定***中待调节环路的基准参数序列，并基于基准参数序列逐步调节待调节环路的参数，以及获取参数调节后待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，并根据至少一个评价函数值确定待调节环路的最优参数。该***通过引入评价函数值进行参数调节判断，不仅计算效率高，能够快速获得最优参数，获得较为稳定的***响应，而且无需设置经验阈值，同时不会引起***振荡，进而提高伺服***的控制性能。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种伺服***的参数在线调节方法，其特征在于，所述方法包括：
确定***中待调节环路的基准参数序列，所述待调节环路包括速度环和/或位置环，所述速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益，所述位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益；
基于所述基准参数序列逐步调节所述待调节环路的参数，并获取参数调节后所述待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值；
根据所述至少一个评价函数值确定所述待调节环路的最优参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定***中待调节环路的基准参数序列，包括：
根据速度环带宽确定所述速度环增益和所述速度环积分时间常数，并根据转矩常数和转动惯量确定所述转矩前馈增益；
根据位置环带宽确定所述位置环增益，并根据前馈调节系数确定所述转速前馈增益，其中，所述位置环带宽根据所述速度环带宽确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述速度环增益等于所述速度环带宽，所述速度环积分时间常数等于所述速度环增益与第一转换系数的比值，所述转矩前馈增益等于所述转动惯量与所述转矩系数的比值；
所述位置环增益等于所述位置环带宽，所述转速前馈增益等于所述前馈调节系数的倒数，其中，所述位置环带宽等于所述速度环带宽与第二转换系数的比值。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述基准参数序列逐步调节所述待调节环路的参数，包括：
根据所述基准参数序列确定参数序列范围；
按照预设调节步长，从所述参数序列范围的最小参数序列逐步调节至最大参数序列或者从所述最大参数序列逐步调节至所述最小参数序列。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取参数调节后所述待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，包括：
当所述待调节环路为所述速度环时，在每次参数调节后，控制所述***按照转速给定指令运行，并利用第一评价函数对所述***的转速给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值；
当所述待调节环路为所述位置环时，在每次参数调节后，控制所述***按照位置给定指令运行，并利用第二评价函数对所述***的位置给定与响应进行评价得到评价函数值，以获得至少一个评价函数值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转速给定指令和所述位置给定指令均为至少一个周期的阶跃指令或梯形波指令。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一评价函数和所述第二评价函数包括ITAE评价函数、IITAE评价函数和ITSE评价函数中的一种或多种。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少一个评价函数值确定所述待调节环路的最优参数，包括：
获取所述至少一个评价函数值中的最小值或极小值；
将所述最小值或极小值对应的参数作为所述待调节环路的最优参数。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断所述***是否存在响应超调或抖动；
确定所述***存在响应超调或抖动，调节所述前馈调节系数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在调节所述前馈调节系数后，所述方法还包括：
确定所述***仍存在响应超调或抖动、且所述前馈调节系数达到预设调节系数范围，调节所述速度环积分时间常数。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在调节所述速度环积分时间常数后，所述方法还包括：
确定所述***仍存在抖动、且所述速度环积分时间常数的调节次数达到预设次数或所述速度环积分时间常数达到参数序列范围，获取所述***的速度反馈信号；
根据所述速度反馈信号获取所述***的抖动频率；
根据所述抖动频率确定滤波参数，并根据所述滤波参数进行抖动抑制。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在根据所述至少一个评价函数值确定所述待调节环路的最优参数之后，所述方法还包括：
判断所述***是否存在共振；
确定所述***存在共振，获取共振频率；
根据所述共振频率确定陷波参数，并根据所述陷波参数进行共振抑制。
13.一种伺服***，其特征在于，包括：
位置环，所述位置环包括比例调节器和位置前馈调节器；
速度环，所述速度环包括第一比例积分调节器和速度前馈调节器；
电流环，所述电流环包括第二比例积分调节器；
处理器，所述处理器用于确定***中待调节环路的基准参数序列，并基于所述基准参数序列逐步调节所述待调节环路的参数，以及获取参数调节后所述待调节环路对应的评价函数值得到至少一个评价函数值，并根据所述至少一个评价函数值确定所述待调节环路的最优参数，其中，所述待调节环路包括速度环和/或位置环，所述速度环的基准参数序列包括速度环增益、速度环积分时间常数和转矩前馈增益，所述位置环的基准参数序列包括位置环增益和转速前馈增益。
14.根据权利要求13所述的伺服***，其特征在于，所述***还包括：
位置误差器，所述位置误差器的第一输入端与位置指令给定端和所述位置前馈调节器的输入端相连，所述位置误差器的第二输入端与位置反馈端相连，所述位置误差器的输出端与所述比例调节器的输入端相连；
速度误差器，所述速度误差器的输入端与所述比例调节器的输出端、所述位置前馈调节器的输出端和速度反馈端相连，所述速度误差器的输出端与所述第一比例积分调节器的输入端相连，所述位置前馈调节器的输出端与所述速度前馈调节器的输入端相连；
电流合成器，所述电流合成器的输入端与所述第一比例积分调节器的输出端和所述速度前馈调节器的输出端相连，所述电流合成器的输出端与所述第二比例积分调节器的输入端相连，所述第二比例积分调节器的输出端与负载相连。
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