基于改進型dob和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于改進型DOB和高通濾波扭矩的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法，其步驟如下：測量電機轉(zhuǎn)速，在測速環(huán)節(jié)，加入一個低通濾波器；利用測量轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速測量值通過改進型DOB觀測得到扭矩；轉(zhuǎn)矩電流乘以電流轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)得到電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速測量值乘以觀測器中的電機慣量相加，經(jīng)過第二個低通濾波器，再與轉(zhuǎn)速測量值乘以電機慣量的值做減法，得到扭矩觀測值；將改進型DOB觀測得到的扭矩經(jīng)過高通濾波器和反饋增益后作為電磁轉(zhuǎn)矩反饋補償量，反饋回系統(tǒng)對電磁轉(zhuǎn)矩進行微調(diào)，實現(xiàn)抑制扭振的效果。本發(fā)明可以更好的平衡扭振抑制效果和動態(tài)跟隨性能，有效抑制轉(zhuǎn)速測量噪聲，對模型參數(shù)要求不高，對負載慣量變化不敏感，可靠性高，易于實現(xiàn)。
【專利說明】
基于改進型DOB和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑 制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法，具體地是涉及一種基于改進型 D0B(disturbance observer，擾動觀測器)和高通濾波扭矩的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高性能的伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于運動控制中，如醫(yī)療影像設(shè)備、機器人、精密機床 等。因為在伺服驅(qū)動系統(tǒng)的機械傳動部分經(jīng)常使用傳動軸，變速器，聯(lián)軸器等傳動裝置連接 電機和負載，而實際傳動裝置并不是理想剛體，存在一定的彈性。當(dāng)伺服系統(tǒng)帶寬覆蓋執(zhí)行 機構(gòu)固有機械諧振頻率時，扭振頻率信號得不到有效衰減，就會在系統(tǒng)中引發(fā)持續(xù)的機械 諧振-扭振，機械振蕩除了形成噪聲污染外，還會加大機械傳動裝置磨損，影響其使用壽命， 嚴重時會損壞彈性傳動部件。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，有效抑制扭振已經(jīng)成為提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)性能的重要 課題。目前在商業(yè)應(yīng)用伺服產(chǎn)品中，基于陷波濾波器的被動扭振抑制方法被廣泛應(yīng)用，但是 存在相角滯后，動態(tài)性能也不好，由于陷波濾波器處在前向通道上，對負載變化引起的扭振 無效等問題。直接利用扭矩觀測器根據(jù)扭矩微調(diào)電磁轉(zhuǎn)矩給定進行扭振抑制，該方法雖能 有效抑制扭振，但對電機模型參數(shù)敏感，參數(shù)不準易引發(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于改進型DOB和扭矩 高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法，該方法可以更好的平衡扭振抑制效果和動態(tài) 跟隨性能，有效抑制轉(zhuǎn)速測量噪聲，對模型參數(shù)要求不高，對負載慣量變化不敏感，可靠性 尚，易于實現(xiàn)。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：在轉(zhuǎn)速測量環(huán)節(jié)增加一個低通濾波環(huán)節(jié)來抑 制測量噪聲，利用改進型DOB得到觀測扭矩后經(jīng)過高通濾波器和反饋增益作為電磁轉(zhuǎn)矩反 饋補償量。
[0005] 根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種基于改進型DOB和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法，具體步驟如 下： 1) 測量電機轉(zhuǎn)速，在測速環(huán)節(jié)，利用一個低通濾波器，來抑制測量噪聲帶來的影響； 2) 利用測量轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速測量值通過改進型DOB觀測得到扭矩； 3) 轉(zhuǎn)矩電流乘以電流轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)得到電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速測量值乘以觀測器中的電機 慣量相加，經(jīng)過第二個低通濾波器，再與轉(zhuǎn)速測量值乘以電機慣量的值做減法，得到扭矩觀 測值； 4) 將改進型DOB觀測得到的扭矩經(jīng)過高通濾波器和反饋增益后，作為電磁轉(zhuǎn)矩反饋補 償量，對電磁轉(zhuǎn)矩進行微調(diào)，實現(xiàn)抑制扭振。
[0006] 所述步驟3)中轉(zhuǎn)速測量值分別經(jīng)過兩個相同的觀測器中電機慣量和觀測器帶寬 相乘，構(gòu)成一種偽微分結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術(shù)進步： 本發(fā)明方法可以更好的平衡扭振抑制效果和動態(tài)跟隨性能，有效抑制轉(zhuǎn)速測量噪聲， 對模型參數(shù)要求不高，對負載慣量變化不敏感，可靠性高，易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0008] 圖1為基于改進型DOB和高通濾波扭矩的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制系統(tǒng)控制框 圖。
[0009] 圖2為彈性連接下加入扭振抑制前后的扭矩仿真波形。
[0010] 圖3為抑制測量噪聲效果的電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述。
[0012]如圖1所示圖1為基于改進型DOB和高通濾波扭矩的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制系 統(tǒng)控制框圖，包括:雙閉環(huán)系統(tǒng)1、彈性連接系統(tǒng)2、擾動觀測器D0B3和扭矩高通濾波環(huán)節(jié)4。 [0013 ] 所述雙閉環(huán)系統(tǒng)1通過轉(zhuǎn)速和電流兩個PI調(diào)節(jié)器，Pmi發(fā)生模塊和H橋電路以及電 流、轉(zhuǎn)速反饋對驅(qū)動側(cè)電機進行控制。所述彈性連接系統(tǒng)2由驅(qū)動側(cè)電機，非理想剛體的彈 性連接軸和負載側(cè)電機組成。
[0014] 基于改進型DOB和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法具體步驟如 下： (1) 測量電機轉(zhuǎn)速，在測速環(huán)節(jié)，利用一個截止頻率為&的低通濾波器，來抑制測量噪 聲帶來的影響； (2) 利用測量轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速測量值通過改進型DOB觀測得到扭矩； (3) 轉(zhuǎn)矩電流乘以電流轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)Kjk得到電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速測量值碎《乘以觀測器 中的電機慣量和觀測器的帶寬給^@相加，經(jīng)過第二個低通濾波器，再與轉(zhuǎn)速測量值乘 以電機慣量的值和觀測器帶寬做減法，得到扭矩觀測值 (4) 將改進型DOB觀測得到的扭矩經(jīng)過時間常數(shù)為Td高通濾波器和反饋增益m后經(jīng)過轉(zhuǎn) 矩電流比例系數(shù)夂;作為電磁轉(zhuǎn)矩反饋補償量，反饋回系統(tǒng)對電磁轉(zhuǎn)矩進行微調(diào)，實現(xiàn)抑制 扭振的效果。為轉(zhuǎn)速測量噪聲，m為反饋因子。 ???
[0015] (5)針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1，忽略轉(zhuǎn)速測量噪聲，可以算出扭矩觀測值的表達式為：
(1) (6)仿真中，為了模擬變頻器輸出諧波，t=2.5測·，在電磁轉(zhuǎn)矩處額外加幅值 (額定轉(zhuǎn)矩的2%)，頻率為尤=的擾動激勵電磁轉(zhuǎn)矩。扭矩仿真波形如圖2所示。
[0016] (7)為了驗證對轉(zhuǎn)速測量噪聲抑制的有效性，仿真在如圖I M處加入白噪聲 ffi 環(huán)節(jié)來模擬實際轉(zhuǎn)速測量中的噪聲干擾，進行觀察對比系統(tǒng)性能的影響如圖3所示。
【主權(quán)項】
1. 一種基于改進型DOB和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑制方法，其特征在 于，具體步驟如下： 1) 測量電機轉(zhuǎn)速，在測速環(huán)節(jié)，利用一個低通濾波器，來抑制測量噪聲帶來的影響； 2) 利用測量轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)速測量值通過改進型DOB觀測得到扭矩； 3) 轉(zhuǎn)矩電流乘以電流轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)得到電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速測量值乘以觀測器中的電機 慣量相加，經(jīng)過第二個低通濾波器，再與轉(zhuǎn)速測量值乘以電機慣量的值做減法，得到扭矩觀 測值； 4) 將改進型DOB觀測得到的扭矩經(jīng)過高通濾波器和反饋增益后，作為電磁轉(zhuǎn)矩反饋補 償量，對電磁轉(zhuǎn)矩進行微調(diào)，實現(xiàn)抑制扭振。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進型DOB和扭矩高通濾波的彈性連接傳動系統(tǒng)扭振抑 制方法，其特征在于，所述步驟3)中轉(zhuǎn)速測量值分別經(jīng)過兩個相同的觀測器中電機慣量和 觀測器帶寬相乘，構(gòu)成一種偽微分結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02P21/05GK105915138SQ201610277273
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月1日
【發(fā)明人】楊影, 黃銳, 余衍譜, 李之珂
【申請人】上海大學(xué)