[发明专利]一种二质量系统谐振抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二质量系统谐振抑制方法。

背景技术

伺服系统机械部分主要包括伺服电机、弹性联结与负载三部分。忽略弹性联结部分惯量或将其与电机、负载惯量合并计算，可将其等效为一个电机-负载二质量系统（如图1所示）。由于弹性联结部分的刚性不足，谐振现象普遍存在于二质量系统中，影响系统的控制精度。针对二质量系统谐振的抑制，有如下方法：基于观测器的控制、基于滤波器的控制、H∞ 控制、谐振比控制和智能控制等。以上方法中，基于观测器法和谐振比控制需建立快速转矩观测器，考虑到速度检测噪声等因素，实现困难；基于滤波器控制方法，存在一定滞后，影响系统动态性能，且不适用于低频振动抑制；其他先进控制算法，如H∞ 控制等，算法实现过于复杂，难以工程实现。

中国专利“一种柔性臂振动抑制方法”（专利号：201210352633.X），公开了以下内容：被驱动机械部件速度与电机速度的差值被实时计算，并乘以一个系数后增加到电机的速度指令，从而实现抑制被驱动机械部件瞬态振动的效果。日本专利 “JP特开2005-316937A” 公开了以下内容：按照式 进行修正部计算，将计算后的值用于控制器中，ω_m为电机转速，ω_s为模型计算的负载转速。上述两发明，都利用了电机转速和负载转速生成修正信号，作用于控制器中。上述两发明的修正信号作用于速度指令中，旨在对速度环进行修正，主要运用于抑制柔性臂负载端振动。

中国发明专利“一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统”（专利号201310435526.8）公开了以下内容：利用电机位置和负载端位置相减得到谐波减速器的扭转角，将扭转角信号输入谐波减速器扭转刚度迟滞模型得到可抑制谐波减速器迟滞效应的理想输入力矩，将此力矩输入到补偿模块得到补偿电流，在电流控制器的输入端进行力矩补偿。利用电机和负载端的信号，生成补偿信号作用于电流控制器中。

上述三个专利中，前两个专利适用于抑制负载端的振动现象，而对于系统运行中电机侧的谐振现象不适用。第三个专利需要建立扭转刚度迟滞模型，工程实现较为复杂。同时，该发明的出发点是用于降低因谐波减速器扭转刚度迟滞特性带来的系统精度问题，该算法并不适用于谐振抑制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种二质量系统谐振抑制的方法。采用增加电机轴端等效粘滞阻尼力的方法来抑制二质量系统谐振，利用电机转速减去负载端转速的差值，乘以等效阻尼补偿系数生成电机轴端等效粘滞阻尼力，将该等效阻尼力除以转矩常数，转化为等效阻尼补偿电流减算到电流指令中。同时，将需要加到电机轴端的等效粘滞阻尼力与系统的谐振幅值相关联，建立相应的自适应律，自动调节等效阻尼补偿系数，达到自适应谐振抑制的作用。

本发明的基本原理：

忽略电机摩擦系数和负载端摩擦系数，可得二质量系统的频域系统框图，如图2所示。

其中，T_e、T_g、T_L分别为电机电磁转矩、电机与负载之间的轴转矩、负载端负载转矩；J_M、J_L分别为电机转动惯量、负载转动惯量；ω_m、ω_L分别为电机转速、负载转速；θ_m、θ_L分别为电机位置信号、负载位置信号；K_s为联结部件刚度系数，B_s为交叉耦合粘滞阻尼系数。s为拉普拉斯变换算子。

电机电磁转矩到电机转速的传递函数G_m(s)如式(1):

(1)

其中，。

式(1)可表示为式(2)：

(2)

可得，二质量系统谐振频率ω_p和谐振阻尼ξ_p，反谐振频率ω_z和反谐振阻尼ξ_z。