機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法
【專利摘要】機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，涉及機(jī)電伺服系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)存在機(jī)械諧振危害機(jī)電伺服系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)電伺服系統(tǒng)可靠性差，并且在維修過程中耗費(fèi)人力物力的問題。所述對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號頻譜分析得N個頻譜值；得幅值最大值Hmax與設(shè)定閾值Hth比較，如果Hmax大于閾值，諧振頻率大于穿越頻率1.5倍，加入陷波濾波器的方法進(jìn)行抑制，直到諧振幅值衰減到閾值Hth以下，同時檢測剪切頻率處相角的變化；如果諧振頻率小于剪切頻率1.5倍或是用陷波環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)剪切頻率相角損失已超過10°，使剪切頻率逐步前移h rad/s步長，重新對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行識別從而抑制諧振。它可用于機(jī)電伺服系統(tǒng)中。
【專利說明】機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法。屬于機(jī)電伺服系統(tǒng)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中諧振識別主要利用是快速傅里葉變換（FFT)檢測諧振信號，該種方法 可W滿足大多數(shù)情況下諧振的離線檢測，但由于計算量過大，很難用于諧振信號的在線識 別和檢測，對于尤其對于高動態(tài)的伺服系統(tǒng)，其實(shí)時性很難滿足使用。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中伺服系統(tǒng)的諧振抑制主要應(yīng)用傳統(tǒng)的陷波濾波器，該種陷波濾波器的 設(shè)計和調(diào)節(jié)只能采用離線的方式進(jìn)行，調(diào)試過程中，需要人工對其參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，費(fèi)時 費(fèi)力。另外，離線調(diào)節(jié)還需要整個系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，該往往給人們的生產(chǎn)或生活帶來不便。此 夕F，當(dāng)諧振幅值較大或者諧振頻率較低時，相應(yīng)的采用陷波濾波器抑制諧振可能會嚴(yán)重影 響系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。由于一些特殊的機(jī)械諧振的諧振頻率具有多變性，采 用傳統(tǒng)陷波濾波器的方法很難有效抑制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)存在機(jī)械諧振危害機(jī)電伺服系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī) 電伺服系統(tǒng)可靠性差，并且在維修過程中耗費(fèi)人力物力的問題?，F(xiàn)提供機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振 在線識別及動態(tài)抑制方法。
[0005] 機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，它包括W下步驟：
[0006] 步驟一、采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別，當(dāng)有 諧振時，在所述輸出的信號的時域中選取N個滑動窗口中數(shù)據(jù)，經(jīng)滑動DFT轉(zhuǎn)化后，得到N 個頻譜值，轉(zhuǎn)入步驟二，當(dāng)沒有諧振時，本方法結(jié)束；
[0007] 步驟二、從N個頻譜值中得到幅值最大值，將N個頻譜值中得到的幅值最大值 Hmax與設(shè)定的闊值Hth進(jìn)行比較，判斷Hmax是否大于闊值Hth,如果Hmax大于闊值，則該幅值最 大值對應(yīng)的頻率為諧振頻率點(diǎn)f。，該幅值為諧振幅值，轉(zhuǎn)入步驟H ;若否，則轉(zhuǎn)入步驟 --. ?
[0008] 步驟H ;如果諧振頻率大于穿越頻率1. 5倍W上，則進(jìn)行陷波濾波器參數(shù)的調(diào)整， 進(jìn)行步驟四；如果諧振頻率小于剪切頻率1. 5倍，進(jìn)行步驟五，
[0009] 步驟四、采用加入陷波濾波器的方法對諧振進(jìn)行抑制，直到諧振幅值衰減到闊值 Hth W下，同時檢測剪切頻率處相角的變化，當(dāng)剪切頻率處相角損失超過10°，進(jìn)行步驟五， 否則進(jìn)行步驟一；
[0010] 步驟五、調(diào)整機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器的超前環(huán)節(jié)的系數(shù)使機(jī)電伺服系統(tǒng)剪切頻率 W步長h rad/s逐步前移，然后進(jìn)行步驟一，從而抑制諧振。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號 進(jìn)行諧振識別，得到N個頻譜值，從N個頻譜值中得到幅值最大值Hm"，將N個頻譜值中得到 的幅值最大值Hm"與設(shè)定的闊值Hth進(jìn)行比較，如果Hm"大于闊值，則該幅值最大值Hm。,對應(yīng) 的頻率點(diǎn)為諧振頻率點(diǎn)f。，如果諧振頻率大于穿越頻率1. 5倍W上，則進(jìn)行陷波濾波器參數(shù) 的調(diào)整，同時檢測相角衰減，當(dāng)相角衰減大于10°時，采用剪切頻率前移的方法調(diào)整，如果 諧振頻率小于剪切頻率1. 5倍，進(jìn)行調(diào)整機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器的超前環(huán)節(jié)的系數(shù)使剪切 頻率前移虹ad/s，通過陷波濾波器和剪切頻率前移相結(jié)合的方法進(jìn)行諧振抑制，保證了機(jī) 電伺服系統(tǒng)的可靠性，并且采用調(diào)整參數(shù)的方式進(jìn)行抑制，節(jié)省了人力物力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為實(shí)施例中轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的一個自由度結(jié)構(gòu)示意圖，
[0013] 圖2為諧振的動態(tài)識別及抑制在轉(zhuǎn)臺上實(shí)現(xiàn)的原理示意圖，
[0014] 圖3為【具體實(shí)施方式】一所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法的流 程圖，
[0015] 圖4為采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別的流程 圖，
[0016] 圖5為實(shí)施例中系統(tǒng)運(yùn)行時的頻譜圖，
[0017] 圖6為實(shí)施例中系統(tǒng)調(diào)整后的頻譜圖，
[0018] 圖7為實(shí)施例中輸出的位置信號的DA曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0019] 一；參照圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的機(jī)電伺服系 統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，它包括W下步驟：
[0020] 步驟一、采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別，當(dāng)有 諧振時，在所述輸出的信號的時域中選取N個滑動窗口中數(shù)據(jù)，經(jīng)滑動DFT轉(zhuǎn)化后，得到N 個頻譜值，轉(zhuǎn)入步驟二，當(dāng)沒有諧振時，本方法結(jié)束；
[0021] 步驟二、從N個頻譜值中得到幅值最大值，將N個頻譜值中得到的幅值最大值 Hmax與設(shè)定的闊值Hth進(jìn)行比較，判斷Hmax是否大于闊值Hth,如果Hmax大于闊值，則該幅值最 大值Hmw為諧振頻率點(diǎn)f。，該幅值為諧振幅值，轉(zhuǎn)入步驟H ;若否，則轉(zhuǎn)入步驟一；
[0022] 步驟H ;如果諧振頻率大于穿越頻率1. 5倍W上，則進(jìn)行陷波濾波器參數(shù)的調(diào)整， 進(jìn)行步驟四；如果諧振頻率小于剪切頻率1. 5倍，進(jìn)行步驟五，
[0023] 步驟四、采用加入陷波濾波器的方法對諧振進(jìn)行抑制，直到諧振幅值衰減到闊值 Hth W下，同時檢測剪切頻率處相角的變化，當(dāng)剪切頻率處相角損失超過10°，進(jìn)行步驟五， 否則進(jìn)行步驟一；
[0024] 步驟五、調(diào)整機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器的超前環(huán)節(jié)的系數(shù)使機(jī)電伺服系統(tǒng)剪切頻率 W步長h rad/s逐步前移，然后進(jìn)行步驟一，從而抑制諧振。
【具體實(shí)施方式】 [0025] 二；本實(shí)施方式是對一所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線 識別及動態(tài)抑制方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟一中采用滑動DFT對機(jī)電伺服系 統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別，得到N個頻譜值的過程為：
[0026] 根據(jù)快速傅里葉變換公式：
[0027]
【權(quán)利要求】
1. 機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，其特征在于，它包括以下步驟： 步驟一、采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別，當(dāng)有諧振 時，在所述輸出的信號的時域中選取N個滑動窗口中數(shù)據(jù)，經(jīng)滑動DFT轉(zhuǎn)化后，得到N個頻 譜值，轉(zhuǎn)入步驟二，當(dāng)沒有諧振時，本方法結(jié)束； 步驟二、從N個頻譜值中得到幅值最大值Hmax，將N個頻譜值中得到的幅值最大值Hmax與設(shè)定的閾值Hth進(jìn)行比較，判斷Hmax是否大于閾值Hth，如果H max大于閾值，則該幅值最大值 Hmax對應(yīng)的頻率為諧振頻率該幅值為諧振幅值，轉(zhuǎn)入步驟S ;若否，則轉(zhuǎn)入步驟一； 步驟三：如果諧振頻率大于穿越頻率1. 5倍以上，則進(jìn)行陷波濾波器參數(shù)的調(diào)整，進(jìn)行 步驟四；如果諧振頻率小于剪切頻率1. 5倍，進(jìn)行步驟五， 步驟四、采用加入陷波濾波器的方法對諧振進(jìn)行抑制，直到諧振幅值衰減到閾值Hth以 下，同時檢測剪切頻率處相角的變化，當(dāng)剪切頻率處相角損失超過10° ,進(jìn)行步驟五,否則 進(jìn)行步驟一； 步驟五、調(diào)整機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器的超前環(huán)節(jié)的系數(shù)使機(jī)電伺服系統(tǒng)剪切頻率以步 長h rad/s逐步前移，然后進(jìn)行步驟一，從而抑制諧振。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，其特征在于， 步驟一中采用滑動DFT對機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器輸出的信號進(jìn)行諧振識別，得到N個頻譜 值的過程為： 根據(jù)快速傅里葉變換公式：
獲得初始時刻N(yùn)個采樣點(diǎn)的頻譜值， 式中，n為時域，k為頻域，x(n)為信號時域采樣點(diǎn)的值，X(k)為信號變換后的頻譜值，
根據(jù)n時刻k頻點(diǎn)處的頻譜值Xn(k)結(jié)合滑動DFT公式： Xn (k) = eJ2"k/N [Xn^1 (k) +x (n) -x (n-N)], 獲得n時刻的N個頻譜值， 其中，Xlri (k)為n-1時刻k頻點(diǎn)的頻譜值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，其特征在于， 步驟四中采用加入陷波濾波器的方法對諧振進(jìn)行抑制，直到諧振幅值衰減到閾值Hth以下， 的過程為：
頻率點(diǎn)f〇為基準(zhǔn)向兩側(cè)逐一取點(diǎn)，將兩側(cè)的頻率點(diǎn)對應(yīng)頻譜值與設(shè)定的閾值進(jìn)行 比較，直到找到小于等于閾值Hth的幅值對應(yīng)的頻率點(diǎn)，取為fjPf2，根據(jù)公式k = SmaxKftTf1), (?-?}獲得諧振寬度k，將深度€和寬度k選取為待漸變調(diào)整量進(jìn)行參數(shù) 的調(diào)整，將深度初值定為1，寬度初值設(shè)為0,即沒有衰減的狀態(tài)，深度按照一定的步長逐步
寬度按照一定的步長增加并不斷和諧振寬度比較，當(dāng)陷波濾波器寬度 大于諧振寬度2倍時，固定寬度參數(shù)，僅對深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將得到濾波器參數(shù)折算到離散化 后的參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，其特征在于， 將得到濾波器參數(shù)折算到離散化后的參數(shù)的過程為： 對下面陷波濾波器的傳遞函數(shù)進(jìn)行離散化：
散化后陷波環(huán)節(jié)的系數(shù)，y(n)為n時刻的輸出信號的值，u(n)為n時刻輸入信號的值， 將離散方程轉(zhuǎn)換成差分方程的形式為： y (n) = -c0y (n-2) -qy (n-1) +d0u (n-2) +(I1U (n-1) +d2u (n), 差分方程對應(yīng)的離散系數(shù)為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)諧振在線識別及動態(tài)抑制方法，其特征在于， 調(diào)整機(jī)電伺服系統(tǒng)的控制器的超前環(huán)節(jié)的系數(shù)使剪切頻率以步長h rad/s逐步前移的過程 為： 機(jī)電伺服系統(tǒng)被控對象表達(dá)式為：
用最小二乘法擬合出被控對象傳遞函數(shù)中的三個參數(shù)K、和T 式中，O < a < 1，T、a和K。為超前環(huán)節(jié)的系數(shù)， 令 s = j (〇c0, |G(j (Oc0) I = 1， 計算串聯(lián)n個超前環(huán)節(jié)機(jī)電伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)的原有剪切頻率《 ^ 其中，j為虛數(shù)單位， 根據(jù)公式： Y = 180° +ZG(Jcoc0), 獲得相角裕度Y， 根據(jù)公式： wCi = wc〇-h， 獲得第一次移動的目標(biāo)剪切頻率《 d， 采用公式： P1 = -90° -arctan T e co cl-arctan T m co cl， 獲得被控對象在Wcl處的相角P1, 根據(jù)公式： A 0 = Y-180。-P1, 獲得超前環(huán)節(jié)在目標(biāo)剪切頻率處需要補(bǔ)償?shù)南嘟茿 0， 將補(bǔ)償?shù)南嘟茿 e平均分配到每個超前環(huán)節(jié)上，則每個超前環(huán)節(jié)所需補(bǔ)償?shù)南嘟?A 06為： A Qe=A 0 /n, 根據(jù)公式：
獲得K。的值， 之后使剪切頻率前移一個hrad/s，此時選取Coca為原始剪切頻率，《。2= o^-h為目 標(biāo)剪切頻率；依此類推Ocd = 不斷前移剪切頻率，并同時檢測諧振幅值，直到諧 振幅值降低到閾值以下，結(jié)束移動。
【文檔編號】H02P21/14GK104362929SQ201410748876
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】陳松林, 陳思源, 李明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)