一种随动系统的继电自整定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及随动控制系统，尤其涉及随动系统的控制参数整定方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代化战争的发展，武器系统对目标的跟踪要求越来越高，因此对武器系统 中的随动系统也提出了更高的要求，主要有跟踪的快速性和跟踪精度，这需要对随动系统 的控制器参数的调整合适，才能取得满意的控制效果。传统的随动系统控制参数的调节大 数是由调试人员的调试经验决定的，调试效果的一致性较差；另外一种是根据随动系统的 模型和调节器的设计原则，进行控制器的参数粗略估算，并进行细微的调节，这对调试人员 的控制功底要求较高，而调试好的参数随着系统的负载发生变化，需要重新的调整，才能达 到满意的控制效果。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种继电自整定方法，无需调试人员对随 动系统的调试经验以及对控制功底的要求，可自动完成随动系统控制器参数的求取，方便 随动系统的调试，有效提高其生产效率。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0005]第一步，取延迟时间Θ3为Θ。，〇ms <Θ200ms，测试随动系统位置输出的振荡 频率为ω。；
[0006] 第二步，取延迟时间03为Θ^ 〇ms彡ΘΑ200ms，且θ#Θ。，测试随动系统位 置输出的振荡频率为ω?;
[0007]第三步，令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，则
其中，ω。为随动系统开环穿越频率，取值范围为8rad/ s彡ω。彡12rad/s，并取延迟时间为θn，测试这时随动系统位置输出的振荡频率ωη和振 荡幅值Αη;
[0008] 第四步，判断|ωη-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范围为ε彡〇. 2rad/s，若不 成立，则将Θη1的值赋给θn2，再将0。的值赋给θnl，再将ωη1的值赋给ωn2，再将ωη
的值赋给ωηi，计算新θη值为 并取Θa=θη，再测试此时 .，： 随动系统位置输出的新振荡频率ωη和振荡幅值Αη，重复第四步的判断过程；若成立，则进 入下一步；
[0009] 第五步，计算ΡΙ控制器比例增益和积分时间常数的整定
其中货》为随动系统的期望的相位裕度，取值范围为 π?6 <φ?η <4/τ/9 ο
[0010] 本发明的有益效果是：通过本发明的随动系统继电自整定方法可自动实现随动系 统的ΡΙ控制器的比例增益和积分时间常数的整定，在随动系统负载未知的情况下，采用本 方法可实现预期指标的ΡΙ控制器参数的自动计算，省时省力，提高随动系统的调试效率。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0012] 本发明公开了一种随动系统继电自整定方法，来实现随动系统的位置比例-积分 (ΡΙ)控制器的比例增益和积分时间常数的自整定，其中，ΡΙ控制器的传递函数表达式为
其中kp为比例增益，τ积分时间常数，当进行ΡΙ控制器参数kρ和τ1整 定时，将"继电加延迟"环节取代随动系统的位置ΡΙ控制器，同时使随动系统输入置0,而 "继电加延迟"环节的函数表达式为：
[0014] 其中，e(t)为t时刻"继电加延迟"环节的输出，e(t)为t时刻的随动系统的位 置误差，为延迟时间，而e(t-0J为1：_93时刻的随动系统的位置误差，d为"继电加延 迟"环节的输出幅值，d的取值范围为0. 05d彡0. 2ω_，ω_为随动系统执行电机 输出的最高转速。当加入"继电加延迟"环节后，随动系统的位置输出产生等幅振荡。
[0015] 实现随动系统继电自整定方法的具体步骤为：
[0016] 第一步：取θ3的值Θa=ΘQ(〇ms彡Θ。彡200ms)，测试随动系统位置输出的振 荡频率为ω。；
[0017] 第二步：取Θa的值Θa=θ1(0ms彡ΘA200ms，且θ1乒ΘQ)，测试随动系统 位置输出的振荡频率为ωι;
[0018] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，计算下面的迭代表达 式
[0020] 其中，ω。为随动系统开环穿越频率，取值范围为8rad/s<ω12rad/s，并取 θ3=θn，测试这时随动系统位置输出的振荡频率0^和振荡幅值An;
[0021] 第四步：判断|ωη-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范围为ε彡〇. 2rad/s，若不 成立，则将Θη1的值赋给θn2，再将0。的值赋给θnl，再将ωη1的值赋给ωn2，再将ωη 的值赋给ωηi，按下式计算新θη值：
[0023] 并取Θa=θn，再测试此时随动系统位置输出的新振荡频率ωη和振荡幅值An，重 复第四步的判断过程，若成立，则进入下一步；
[0024] 第五步，计算PI控制器参数 <和Ti的整定值：
[0026] 其中為为随动系统的期望的相位裕度，取值范围为<41/气
[0027] 实施例1:
[0028] 当进行随动系统位置PI控制器参数 <和1\自整定时，将"继电加延迟"环节取代 随动系统的位置PI控制器，同时使随动系统输入置〇,取d=0.05ω_，则"继电加延迟"环 节的函数表达式为：
[0030]取Θ。=l〇ms，Θ20ms，ωc= 8rad/s，ε= 〇· 〇5rad/s，氣=奮?'石，则实现随 动系统继电自整定方法的具体步骤为：
[0031] 第一步：取Θa的值Θa=Θ。= 10ms，测试随动系统位置输出的振荡频率为ω。；
[0032] 第二步：取0a的值Θa=Θ 20ms，测试随动系统位置输出的振荡频率为ω1;
[0033] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，计算下面的迭代表达 式
[0035] 并取Θa=θn，测试这时随动系统位置输出的振荡频率ωη和振荡幅值An;
[0036] 第四步：判断|ωη-ω」< 〇. 〇5rad/s是否成立，若不成立，则将Θni的值赋给 θn2，再将Θ泗值赋给Θni，再将ωηi的值赋给ωn2，再将、的值赋给ωni，按下式计算 新θn值：
[0038] 并取Θa=θn，再测试此时随动系统位置输出的新振荡频率ωη和振荡幅值An，重 复第四步的判断过程，若成立，则进入下一步；
[0039] 第五步，计算PI控制器参数 <和Ti的整定值：
[0041] 实施例2:
[0042] 当进行随动系统位置PI控制器参数 <和1\自整定时，将"继电加延迟"环节取代 随动系统的位置PI控制器，同时使随动系统输入置〇,取d=0.2ω_，则"继电加延迟"环 节的函数表达式为：
[0044]取Θ。= 20ms，Θ f 50ms，ω c= 12rad/s，ε =〇· 2rad/s，奶》= 4疋/9,则实现随 动系统继电自整定方法的具体步骤为：
[0045] 第一步：取0a的值Θa=ΘQ= 20ms，测试随动系统位置输出的振荡频率为ω。；
[0046] 第二步：取0a的值Θa=Θ 50ms，测试随动系统位置输出的振荡频率为ω1;
[0047] 第三步：令θη2=Θ。，θη1=θρωη2=ω。，ωηωi，计算下面的迭代表达 式
[0049] 并取Θa=θn，测试这时随动系统位置输出的振荡频率ωη和振荡幅值An;
[0050] 第四步：判断|ωη-ω」< 〇. 2rad/s是否成立，若不成立，则将Θni的值赋给 θn2，再将Θ泗值赋给Θni，再将ωηi的值赋给ωn2，再将、的值赋给ωni，按下式计算 新θn值：
[0052] 并取Θa=θn，再测试此时随动系统位置输出的新振荡频率ωη和振荡幅值An，重 复第四步的判断过程，若成立，则进入下一步；
[0053]第五步，计算PI控制器参数 <和Ti的整定值：
【主权项】
1. 一种随动系统的继电自整定方法，其特征在于包括下述步骤： 第一步，取延迟时间9。为Θ。，0ms《200ms，测试随动系统位置输出的振荡频率 为ω〇; 第二步，取延迟时间目。为Θi，〇ms《 0i《2OOms，且Θ1声Θ。，测试随动系统位置输 出的振荡频率为《1; 第Ξ步，令Θη2=Θ。，Θη1=目 1，ω。2=ω。，ω。1=ω1，则其中，ω。为随动系统开环穿越频率，取值范围为8rad/ s《12rad/s，并取延迟时间为Θ。，测试运时随动系统位置输出的振荡频率ω。和振 荡幅值Α。； 第四步，判断|ω"-ω」<ε是否成立，其中，ε取值范围为ε《〇.2rad/s，若不成 立，则将0。1的值赋给Θ。2,再将Θ。的值赋给Θ。1，再将〇。1的值赋给ω。2,再将ω。的 值赋给ω。1，计算新Θ。值为并取Θ。=Θ。，再测试此时随 动系统位置输出的新振荡频率ω。和振荡幅值A。，重复第四步的判断过程；若成立，则进入 下一步； 第五步，计算PI控制器比例增益和积分时间常数的整定值和其中觀为随动系统的期望的相位裕度，取值范围为 乃76含巧<4兄/9 ..... 〇
【专利摘要】本发明提供了一种随动系统的继电自整定方法，通过迭代计算延迟时间，计算PI控制器比例增益和积分时间常数的整定值。本发明可自动实现随动系统的PI控制器的比例增益和积分时间常数的整定，在随动系统负载未知的情况下，采用本方法可实现预期指标的PI控制器参数的自动计算，省时省力，提高随动系统的调试效率。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105242543
【申请号】CN201510727067
【发明人】李长红, 边党伟, 赵涛, 韩耀鹏, 杨波
【申请人】中国兵器工业集团第二O二研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月30日