專利名稱：一種正弦指令的變參數(shù)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種參數(shù)控制方法，特別是一種正弦指令的變參數(shù)控制方法。
背景技術(shù)：
伺服控制系統(tǒng)中正弦指令信號是一種常見的指令類型，尤其在武器系統(tǒng)的伺服控制中有較為廣泛的應(yīng)用。PID控制方法簡單、魯棒性好、可靠性高，是目前應(yīng)用最為廣泛的控制方法，但在實際應(yīng)用過程中控制對象一般具有非線性、時間不確定性，當(dāng)正弦指令信號的幅頻范圍較寬時，常規(guī)的非變參數(shù)PID控制方法由于控制參數(shù)為定值，很難在全頻段范圍內(nèi)達(dá)到理想的控制效果。而對于模糊PID等智能控制方法，其算法實現(xiàn)和參數(shù)調(diào)整相對都比較復(fù)雜，運算量大，對系統(tǒng)的運算能力要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種正弦指令的變參數(shù)控制方法，解決伺服系統(tǒng)在相對簡單的算法下滿足全頻段范圍內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性問題。一種正弦指令的變參數(shù)控制方法的具體步驟為 第一步搭建變參數(shù)正弦指令控制系統(tǒng)
變參數(shù)正弦指令控制系統(tǒng)，包括控制器、反饋電位計、電動機(jī)、減速器以及信號處理模塊、頻率判斷模塊、系數(shù)調(diào)整模塊、PID運算模塊、控制量輸出模塊；控制器信號接收端分別與指令輸入端和反饋電位計的反饋信號端相連，控制器輸出端與電動機(jī)的驅(qū)動線相連，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸齒輪與減速器輸入端嚙合，減速器的輸出端與舵軸齒輪嚙合，反饋電位計同軸安裝到舵軸上；各功能模塊通過控制器內(nèi)部的運算處理器實現(xiàn)；信號處理模塊的功能為實現(xiàn)信號的讀取、濾波；頻率判斷模塊的功能為處理和判斷指令信號的頻率和幅值；系數(shù)調(diào)整模塊的功能為調(diào)整PID的比例系數(shù)和微分系數(shù)；PID運算模塊的功能為進(jìn)行PID運算； 控制量輸出模塊的功能為完成輸出控制量。第二步信號處理模塊采集指令和反饋信號
信號處理模塊分別讀入指令和反饋信號，然后將指令和反饋信號發(fā)送給二階低通巴特沃斯濾波器，進(jìn)行信號濾波運算。第三步頻率判斷模塊處理指令信號幅值和頻率
頻率判斷模塊對采集到的指令信號進(jìn)行處理和判斷；首先判斷指令信號是處于上升過程還是下降過程，當(dāng)指令信號值連續(xù)增大時，判斷為上升過程，否則判斷為下降過程，連續(xù)多次變化范圍小于定值ε時(ε為AD轉(zhuǎn)換的波動誤差)，則判斷為非正弦信號；判斷為上升過程時，當(dāng)出現(xiàn)最大值后，信號值開始逐漸減小，則認(rèn)為出現(xiàn)正弦信號的頂部拐點，置最大值標(biāo)志位，此時記下時間值和最大值；判斷為下降過程時，當(dāng)出現(xiàn)最小值后，信號值開始逐漸增大，則認(rèn)為出現(xiàn)正弦信號的底部拐點，置最小值標(biāo)志位并記下時間值和最小值；當(dāng)最大值和最小值均出現(xiàn)后，則通過其出現(xiàn)時間的時間差計算出信號的頻率，通過最大值和最小值的差值計算出幅值。
第四步系數(shù)調(diào)整模塊計算PID系數(shù)
根據(jù)得到的指令信號的頻率和幅值作為系數(shù)調(diào)整模塊的輸入，代入到比例項P和微分項D的調(diào)整量函數(shù)中，計算出其調(diào)整系數(shù)μ (A, f)；其函數(shù)關(guān)系式可表示為
權(quán)利要求
1. 一種正弦指令的變參數(shù)控制方法，其特征在于本方法的具體步驟為； 第一步搭建變參數(shù)正弦指令控制系統(tǒng)變參數(shù)正弦指令控制系統(tǒng)，包括控制器、反饋電位計、電動機(jī)、減速器、信號處理模塊、 頻率判斷模塊、系數(shù)調(diào)整模塊、PID運算模塊和控制量輸出模塊；控制器信號接收端分別與指令輸入端和反饋電位計的反饋信號端相連，控制器輸出端與電動機(jī)的驅(qū)動線相連，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸齒輪與減速器輸入端嚙合，減速器的輸出端與舵軸齒輪嚙合，反饋電位計同軸安裝到舵軸上；各功能模塊通過控制器內(nèi)部的運算處理器實現(xiàn)；信號處理模塊的功能為實現(xiàn)信號的讀取、濾波；頻率判斷模塊的功能為處理和判斷指令信號的頻率和幅值；系數(shù)調(diào)整模塊的功能為調(diào)整PID的比例系數(shù)和微分系數(shù)；PID運算模塊的功能為進(jìn)行PID運算；控制量輸出模塊的功能為完成輸出控制量；第二步信號處理模塊采集指令和反饋信號信號處理模塊分別讀入指令和反饋信號，然后將指令和反饋信號發(fā)送給二階低通巴特沃斯濾波器，進(jìn)行信號濾波運算；第三步頻率判斷模塊處理指令信號幅值和頻率頻率判斷模塊對采集到的指令信號進(jìn)行處理和判斷；首先判斷指令信號是處于上升過程還是下降過程，當(dāng)指令信號值連續(xù)增大時，判斷為上升過程，否則判斷為下降過程，連續(xù)多次變化范圍小于定值ε時(ε為AD轉(zhuǎn)換的波動誤差)，則判斷為非正弦信號；判斷為上升過程時，當(dāng)出現(xiàn)最大值后，信號值開始逐漸減小，則認(rèn)為出現(xiàn)正弦信號的頂部拐點，置最大值標(biāo)志位，此時記下時間值和最大值；判斷為下降過程時，當(dāng)出現(xiàn)最小值后，信號值開始逐漸增大，則認(rèn)為出現(xiàn)正弦信號的底部拐點，置最小值標(biāo)志位并記下時間值和最小值；當(dāng)最大值和最小值均出現(xiàn)后，則通過其出現(xiàn)時間的時間差計算出信號的頻率，通過最大值和最小值的差值計算出幅值；第四步系數(shù)調(diào)整模塊計算PID系數(shù)根據(jù)得到的指令信號的頻率和幅值作為系數(shù)調(diào)整模塊的輸入，代入到比例項P和微分項D的調(diào)整量函數(shù)中，計算出其調(diào)整系數(shù)μ (A, f)；其函數(shù)關(guān)系式可表示為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正弦指令的變參數(shù)控制方法，通過實時對正弦指令控制系統(tǒng)的指令信號的頻率和幅值進(jìn)行判定，經(jīng)過一定的運算周期，當(dāng)正弦指令的頻率和幅值處理完成以后，根據(jù)不同的頻率和幅值對積分分離PID算法的比例項P和微分項D的系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)了一種變參數(shù)的控制算法，從而使系統(tǒng)能夠達(dá)到更高的控制精度。本方法解決了伺服系統(tǒng)在較寬范圍內(nèi)的幅頻響應(yīng)特性問題，原理簡單、實用，可靠性高。
文檔編號G05B13/04GK102298325SQ20111017325
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月25日
發(fā)明者張翔, 王生捷, 王超然, 莫昱, 韓士玉 申請人:北京機(jī)械設(shè)備研究所