基于进化算法的改进型伺服参数自整定技术研究

摘要

伺服驱动系统高速高精的应用场合要求其具备很好的动态响应性能和稳定性。传统的PID控制方法具有简单、高效、易于实现等特点，因此仍然是伺服系统中最为广泛的控制方式。考虑到PID控制器参数的配置与伺服驱动系统的控制性能紧密联系，因此本文旨在寻找一种稳定、高效、实用的PID参数自整定策略，并开发伺服参数自整定软件以完成控制器参数的自动优化与配置，其主要内容有：
　　基于伺服驱动三环控制结构，对伺服驱动系统的时域性能指标进行了研究。结合基于模型和规则的参数自整定策略，设计了基于进化算法的改进型伺服参数自整定平台总体方案。
　　详细阐述了基于进化算法的改进型伺服参数自整定策略。该策略采用粒子群算法辨识伺服驱动系统的精确数学模型；提出了一种基于绝对误差时间积分准则的改进型综合性能评价指标，该指标限制了控制输入的幅值，保证了系统的快速性，并引入了惩罚机制抑制系统的超调；在辨识的数学模型和性能指标的基础上，采用遗传算法对PID控制器参数进行寻优，使系统获得最优性能的控制参数。
　　开发了一套伺服参数自整定软件，该软件具有配置伺服参数、时域性能测试以及参数自整定等功能。着重分析了该软件的总体框架以及自整定模块、数据通信模块和时域图形界面模块等关键模块的功能。
　　搭建了伺服驱动系统实验平台。对本文设计的软件方案进行了功能测试，验证了软件方案的可行性和实用性；对实际伺服驱动系统进行了阶跃响应、速度跟踪等性能测试，结果表明伺服驱动系统的运动性能得到了改善，证明了本文提出的基于进化算法的改进型伺服参数自整定技术的准确性、稳定性和适用性。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3 伺服参数自整定技术的国内外研究现状及其发展趋势

1.4 本文主要工作内容

2 基于进化算法的改进型伺服参数自整定总体方案设计

2.1 伺服驱动系统性能分析指标

2.2 基于进化算法的改进型伺服参数自整定平台总体方案设计

2.3 本章小结

3 基于进化算法的改进型伺服参数自整定算法研究

3.1 基于进化算法的伺服驱动系统被控对象数学模型辨识

3.2 基于进化算法的伺服驱动系统控制参数优化

3.3 本章小结

4 基于进化算法的改进型伺服参数自整定软件开发

4.1 伺服参数自整定软件总体框架设计

4.2 伺服参数自整定软件关键模块开发

4.3 本章小结

5 基于进化算法的改进型伺服参数自整定实验与分析

5.1 伺服参数自整定实验平台搭建与实验设计

5.2 基于进化算法的改进型伺服参数自整定实验与分析

5.3 本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录