本發(fā)明屬于電機(jī)控制相關(guān)，更具體地，涉及一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法及其抑制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械傳動部分經(jīng)常使用傳動軸、變速器、聯(lián)軸器等傳動裝置連接電機(jī)和負(fù)載，而實(shí)際傳動裝置并不是理想剛體，存在一定的彈性，通常會在系統(tǒng)中引發(fā)機(jī)械諧振。機(jī)械振蕩除了會發(fā)出聲學(xué)噪聲形成噪聲污染外，還會對機(jī)械傳動裝置造成嚴(yán)重的損害，影響其使用壽命；另外，還會引發(fā)控制系統(tǒng)中的控制量振蕩，使得閉環(huán)控制的穩(wěn)定性以及可調(diào)整性受到制約。因此，機(jī)械振蕩的研究以及抑制方法是非常有必要的。

2、目前，針對機(jī)械諧振抑制問題的解決方法主要分為兩方面：被動抑制方式以及主動抑制方式。主動抑制方式是指通過改變控制器結(jié)構(gòu)或調(diào)整控制參數(shù)來對機(jī)械振動進(jìn)行抑制。常見的方法是通過常規(guī)控制器結(jié)合狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)振動抑制，這種方法不會對指令分量產(chǎn)生削弱效果。目前商用伺服產(chǎn)品中，常用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器來實(shí)現(xiàn)主動抑制機(jī)械諧振，但是，針對觀測器抑制機(jī)械諧振的方法，會損失了環(huán)路的相位裕度，從而引起系統(tǒng)超調(diào)，這時，可通過降低速度環(huán)路增益來降低系統(tǒng)超調(diào)，但卻會使得系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法及其抑制系統(tǒng)，其目的在于實(shí)現(xiàn)主動抑制機(jī)械諧振的同時，減小系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)，并提升響應(yīng)速度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其包括：

3、對第k時刻的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm(k)和第k時刻的轉(zhuǎn)速指令ωref(k)進(jìn)行速度pid調(diào)控，得到第k時刻的速度初始調(diào)控值u0(k)；

4、將第k時刻的q軸電流值iq(k)和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm(k)輸入離散化的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，觀測由除電磁轉(zhuǎn)矩之外的其他轉(zhuǎn)矩對電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生擾動的第k時刻的轉(zhuǎn)速擾動估計值

5、將補(bǔ)償?shù)絬0(k)中，得到速度第一補(bǔ)償調(diào)控值u1(k)；

6、基于第k-2時刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差和第k時刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差進(jìn)行離散化的準(zhǔn)諧振處理以對交流信號進(jìn)行無穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤，得到第k時刻的準(zhǔn)諧振速度outqr(k)；

7、將outqr(k)補(bǔ)償?shù)絬1(k)中，得到速度第二補(bǔ)償調(diào)控值u2(k)；

8、將u2(k)輸入電流環(huán)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)逆變橋的矢量控制。

9、在一些實(shí)施例中，所述pid調(diào)控采用kp調(diào)控，所述進(jìn)行速度pid調(diào)控，得到第k時刻的速度初始調(diào)控值u0(k)的調(diào)控公式為：

10、u0(k)＝kp(ωref(k)-ωm(k))。

11、式中，kp為比例增益系數(shù)。

12、在一些實(shí)施例中，所述離散化的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的等效模型為：

13、

14、式中，為第k時刻的轉(zhuǎn)速估計值，為第k-1時刻的轉(zhuǎn)速估計值，為第k-1時刻的轉(zhuǎn)速擾動估計值；

15、ts為采樣周期，k1和k2為擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的增益系數(shù)，b為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)與電機(jī)慣量的比值。

16、在一些實(shí)施例中，所述進(jìn)行離散化的準(zhǔn)諧振處理的方程為：

17、

18、式中，e為電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差，b0、b2、a0、a1、a2均為根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計算所得的常數(shù)，ts為采樣周期，kr、ωc、ωn分別為準(zhǔn)諧振的深度系數(shù)、寬度系數(shù)以及諧振頻率，諧振頻率ωn等于柔性伺服系統(tǒng)中的等效雙慣量模型的反諧振頻率。

19、在一些實(shí)施例中，所述柔性伺服系統(tǒng)的等效雙慣量模型為：

20、

21、式中，te為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，ωm、ωl為分別為電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和負(fù)載實(shí)際轉(zhuǎn)速，jm、jl分別為電機(jī)慣量和負(fù)載慣量，ks和ds分別為負(fù)載彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)，s為拉普拉斯算子。

22、在一些實(shí)施例中，所述將補(bǔ)償?shù)絬0(k)中，得到速度第一補(bǔ)償調(diào)控值u1(k)的計算公式為：

23、

24、式中，b為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)與電機(jī)慣量的比值。

25、本發(fā)明還提供了一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制系統(tǒng)，其包括：

26、速度pid調(diào)控模塊，用于對第k時刻的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm(k)和第k時刻的轉(zhuǎn)速指令ωref(k)進(jìn)行速度pid調(diào)控，得到第k時刻的速度初始調(diào)控值u0(k)；

27、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，用于獲取第k時刻的q軸電流值iq(k)和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ωm(k)并觀測由除電磁轉(zhuǎn)矩之外的其他轉(zhuǎn)矩對電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生擾動的第k時刻的轉(zhuǎn)速擾動估計值

28、第一補(bǔ)償運(yùn)算模塊，用于將補(bǔ)償?shù)絬0(k)中，得到速度第一補(bǔ)償調(diào)控值u1(k)；

29、準(zhǔn)諧振環(huán)節(jié)模塊，用于獲取第k-2時刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差和第k時刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差并進(jìn)行離散化的準(zhǔn)諧振處理以對交流信號進(jìn)行無穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤，得到第k時刻的準(zhǔn)諧振速度outqr(k)；

30、第二補(bǔ)償運(yùn)算模塊，用于將outqr(k)補(bǔ)償?shù)絬1(k)中，得到速度第二補(bǔ)償調(diào)控值u2(k)；

31、電流環(huán)，用于獲取速度第二補(bǔ)償調(diào)控值u2(k)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)逆變橋的矢量控制。

32、本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其中，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)如上任一頂所述的方法的步驟。

33、本發(fā)明還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其中，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上任一項所述的方法的步驟。

34、本發(fā)明還提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序或指令，其中，所述計算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上任一項所述的方法的步驟。

35、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下有益效果：

36、首先，本發(fā)明將除電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩之外其他影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩視為擾動，并設(shè)計擴(kuò)張狀態(tài)觀測器來觀測其他轉(zhuǎn)矩f的對電機(jī)轉(zhuǎn)速的擾動估計值，基于所觀測的擾動值對速度初始調(diào)控值進(jìn)行補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械諧振的主動抑制，相比于傳統(tǒng)pi算法，增加擴(kuò)張狀態(tài)觀測器能夠抑制諧振給系統(tǒng)轉(zhuǎn)速帶來的影響，并且穩(wěn)態(tài)時，相比于傳統(tǒng)pi算法，能夠抑制外部擾動帶來的轉(zhuǎn)速波動，例如齒槽帶來的影響。其次，由于發(fā)現(xiàn)加入擴(kuò)張狀態(tài)觀測器會使得系統(tǒng)的相位裕度降低，產(chǎn)生大幅度超調(diào)，因此，本發(fā)明還引入準(zhǔn)諧振處理以提高信號諧振頻率處的幅值，從而提高系統(tǒng)相位裕度，減小由擴(kuò)張狀態(tài)觀測器帶來的系統(tǒng)超調(diào)，并且在實(shí)現(xiàn)相同超調(diào)情況下，加入諧振環(huán)節(jié)的系統(tǒng)響應(yīng)速度更快。

技術(shù)特征：

1.一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，所述pid調(diào)控采用kp調(diào)控，所述進(jìn)行速度pid調(diào)控，得到第k時刻的速度初始調(diào)控值u0(k)的調(diào)控公式為：

3.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，所述離散化的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的等效模型為：

4.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，所述進(jìn)行離散化的準(zhǔn)諧振處理的方程為：

5.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，所述柔性伺服系統(tǒng)的等效雙慣量模型為：

6.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，其特征在于，所述將補(bǔ)償?shù)絬0(k)中，得到速度第一補(bǔ)償調(diào)控值u1(k)的計算公式為：

7.一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法的步驟。

9.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法的步驟。

10.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序或指令，其特征在于，所述計算機(jī)程序或指令被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電機(jī)控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種基于準(zhǔn)諧振的柔性伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法及其抑制系統(tǒng)，方法包括：對第k時刻的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ω<subgt;m</subgt;(k)和轉(zhuǎn)速指令ω<subgt;ref</subgt;(k)進(jìn)行速度PID調(diào)控，得到速度初始調(diào)控值u<subgt;0</subgt;(k)；將第k時刻的q軸電流值i<subgt;q</subgt;(k)和ω<subgt;m</subgt;(k)輸入離散化的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，觀測轉(zhuǎn)速擾動估計值并補(bǔ)償?shù)絬<subgt;0</subgt;(k)中，得到u<subgt;1</subgt;(k)；基于第k?2時刻和第k時刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差進(jìn)行離散化的準(zhǔn)諧振處理，得到Out<subgt;QR</subgt;(k)并補(bǔ)償?shù)絬<subgt;1</subgt;(k)中，得到u<subgt;2</subgt;(k)并輸入電流環(huán)，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)逆變橋的矢量控制。通過上述方法，可以實(shí)現(xiàn)主動抑制機(jī)械諧振的同時，減小系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)，并提升響應(yīng)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：許強(qiáng),饒俊杰,徐佳琦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2