1.一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:构建运动控制系统,并设置反馈控制器PID参数;
步骤二:利用步骤一中的反馈控制器PID参数,使能运动控制系统,使其电机闭环;
步骤三:将期望轨迹信号r(t)输入到步骤二中的运动控制系统中,并采集输出轨迹信号y(t)与控制信号u(t);
步骤四,对步骤三中的运动控制系统,通过输入整形滤波器计算出输入轨迹整形后的轨迹信号ry(t),并通过与前馈控制器计算出前馈控制信号uff(t),并设置运动控制系统的执行段与稳定段时间;
步骤五:利用步骤四中的轨迹信号ry(t)和前馈控制信号uff(t)构建参数化前馈模型,并结合最优迭代学习控制方法,在参数化前馈模型的目标函数中引入输入整形滤波器与前馈控制器的辨识参数θ及其变化量的约束项并对其进行加权,再通过数据驱动的最小二乘法计算辨识参数θ,并选择合适加权系数ρ,加权系数λ,实现对运动控制系统的轨迹跟踪与变轨迹跟踪任务;
所述加权系数ρ为辨识参数大小加权系数,其对辨识参数大小进行加权,能够约束前馈控制信号能量的大小和影响误差收敛值;
加权系数λ为辨识参数变化量加权系数,其对辨识参数变化步长进行加权,能够约束前馈控制信号变化步长和影响收敛速度;
步骤六:对步骤五中辨识参数θ以及最优迭代前馈调参误差的收敛性进行分析,并求取辨识参数的最优值,实现运动控制系统的最优轨迹跟踪。
2.如权利要求1所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,所述步骤五中,所述建参数化前馈模型的构建方法具体如下:采用基函数多项式组成的有限脉冲响应滤波器对输入整形滤波器Ty与前馈控制器Tff进行参数化,参数化表达式如下:‑1 ‑1
则,组成Ty与Tff的基函数多项式A(z ,θ)和B(z ,θ)分别表示为‑1
其中,z 为时移算子,θ为参数化输入整形滤波器与前馈控制器的辨识参数,na,nb为组成Ty和Tff的基函数的个数,基函数 将输入轨迹分解为各阶导数,在Ty中的加速度基函数 为:其中Ts为采样时间;
‑1 ‑1
基函数多项式A(z ,θ)和B(z ,θ)为FIR滤波器,其系统误差为0,即
ey=ry‑y=S(Ty‑PTff)r=0
则
运动控制系统第j次迭代时,系统的误差,控制信号与输出轨迹信号表达式如下‑1其中,系统敏感函数S=(1+PCfb) ,敏感函数T=CfbTy+Tff,Cfb为反馈控制器;
将Sr与SPr转化为基于数据驱动的形式,则其计算公式如下:‑1 j
Sr=T u
‑1 j
SPr=T y。
3.如权利要求1所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,所述前馈控制信号是由基函数多项式组成的,其与基函数对应的参数有关,使得目标函数对输入整形滤波器与前馈控制器的参数与参数变化量进行加权约束,其表达式如下:由于ry=Tyr,期望轨迹在稳定段时间内Ty=1,于是ry=r并且执行段存在一段延时,延时时间长度为Ty基函数的组成个数na,由此稳定段ey=ry‑y=e,故目标函数的计算公式如下:则由上述得到,第j+1次迭代时,系统轨迹误差为再根据输入整形滤波器与前馈控制器的参数化多项式和数据驱动的表达形式,即得其中非奇异;
其中,We,Wθ和WΔθ分别为误差,辨识参数θ与辨识参数变化量Δθ的加权矩阵,误差加权矩阵选为We=I,辨识参数θ加权矩阵选为Wθ=ρI,ρ为辨识参数大小加权系数,辨识参数变化量Δθ的加权矩阵选为WΔθ=λI,λ为辨识参数变化量加权系数,I为单位矩阵。
4.如权利要求3所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,j+1所述目标函数对参数化输入整形滤波器与前馈控制器的参数进行辨识,由于θ 为目j+1标函数J 的变量,为了使得轨迹跟踪误差最小,根据迭代学习思想,每次迭代误差相对前j+1 j+1 j+1一次不断降低直至收敛,因此求目标函数J 的极小值,即求目标函数J 对θ 的偏导,并j+1令 经推导辨识得出参数θ :
式中,鲁棒滤波器Qθ和学习滤波器Lθ为
T ‑1 T
Qθ=[ψWeψ+Wθ+WΔθ] [ψWeψ+WΔθ]T ‑1 T
Lθ=[ψWeψ+WΔθ] ψWe。
5.如权利要求4所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,所述辨识参数大小加权系数的优化设计方法如下:辨识参数大小加权系数ρ为大于等于0的任意实数,ρ为0时即不限制控制信号能量,加权系数ρ越大约束作用越大,此时前馈控制信号约束作用越大,误差收敛值越大,反之,误差收敛值越小。
6.如权利要求4所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,辨识参数变化量加权系数的优化设计方法如下:辨识参数变化量加权系数λ为大于等于0的任意实数,λ为0时即不限前馈制控制信号变化步长,加权系数λ越大参数变化量约束作用越大,前馈控制信号迭代到最优值得速度越慢,误差收敛速度越慢,反之误差收敛速度越快。
7.如权利要求1所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,所述步骤六,最优迭代前馈调参误差为误差ey,其收敛性具体分析如下:输入整形滤波器Ty和前馈控制器Tff均为有限脉冲响应滤波器,并且误差ey与有限脉冲响应滤波器参数成线性关系,误差ey全局收敛,误差ey的计算公式如下:根据 是非奇异和范数知识得到:
8.如权利要求1‑7任一所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法,其特征在于,辨识参数最优值的求取方法,具体如下:
选取初始参数,利用迭代寻优法对所测量的误差、控制信号、输出轨迹信号来进行迭代辨识参数θ,利用迭代出的辨识参数来计算输入轨迹整形后的轨迹信号与前馈控制信号,并将其重新下发到运动控制系统,反复此迭代过程直至实现运动控制系统的最优轨迹跟踪。
9.一种运动控制系统的最优迭代前馈调参系统,其特征在于,包括一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序;
运动控制系统,设有输入整形滤波器以及前馈控制器;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1‑8任一所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参方法。
10.如权利要求9所述的一种运动控制系统的最优迭代前馈调参系统,其特征在于,所述运动控制系统为直流无刷电机,其连接一上位机,所述上位机为电脑或工控机。