某型号伺服系统位置环优化改进

贾锡龙　黄黎明

摘 要：针对某型号伺服系统跟踪定位测试情况，设计了位置环比例项分段优化和线性优化两种改进方式，使伺服系统在不同的角度增量下定位时，均可获得较小的超调角度和较短的调节时间。

关键词：超调量；调节时间；分段优化；线性优化

中图分类号： TN820.3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-157-2

1 问题概述

某型号伺服系统采用位置环、速度环、电流环三闭环设计。其中电流环由驱动器与电机闭环实现，位置环和速度环由积分分离PID控制算法实现。

在进行过渡过程品质[1]（即阶跃响应）调试、整定位置环P参数（即比例项）时发现以下问题：

① 将1°阶跃响应的超调量调整至4%以内时，0.1°阶跃响应将无超调，同时调节时间高达69个伺服周期（数据见表1试验1）；

② 将0.1°阶跃响应调节时间调整至22个伺服周期时，1°的阶跃响应超调量又较高，达到19.90%（数据见表1试验2）；

③ 折中调整，将0.1°调节时间调整至25个伺服周期以内，此时1°的阶跃响应超调量为11.9%依旧较大（数据见表1试验3）。

阶跃响应等同于定位跟踪，实际使用时，对于任意小角度的定位跟踪（即阶跃），均期望调节时间较短且超调角度较小，因此需对控制算法进行优化。

结合实际使用情况要求阶跃响应指标为：

①阶跃响应调节时间应低于25个伺服周期；

②1°阶跃响应的超调量低于4%，即0.04°；

③0.1°阶跃响应的超调量低于20%，即0.02°。

2 优化方案选取

根据表1的3次试验数据，可以发现，通过调整位置环P参数可以分别获得满足改进要求的1°阶跃响应（试验1）和0.1°阶跃响应（试验2），但二者无法同时达到要求。……