[发明专利]电机控制系统中低频信号小相位误差滤波控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字滤波技术，具体说，是一种电机控制系统中低频信号小相位误差滤波控制方法。

背景技术

数字滤波是数字信号处理的常用手段，但普通的数字滤波器在滤波时存在一定的相移。在电机控制中，特别是对电机的位置控制中，位置信号通常为低频信号，若需要对位置信号做滤波处理，则会产生相位滞后，导致位置误差，影响了电机的控制性能。

为解决相位滞后导致的位置误差问题，前人研究了小相位误差滤波、零相位滤波等方法。其中，HISASHI KATAOKA等人在《Tracking Control for Industrial Robot Using Notch Filtering System with Little Phase Error》一文中介绍了小相位滤波方法的原理和设计方法，在对位置信号滤波的同时，增加了速度前馈补偿用来提高响应，减小了相位滞后和位置误差，该方法在机器人指令处理上得到了应用。

然而，该小相位误差滤波方法在使用时，若速度前馈补偿过大，滤波后的位置信号会出现超调现象，限制了该方法的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术存在的缺陷，提出了电机控制系统中低频信号小相位误差滤波控制方法。相比传统的小相位误差滤波方法，本发明方法可使滤波后的信号没有超调，相位滞后和位置误差更小。

本发明的基本思路是：基于小相位误差滤波的思想，在对位置信号滤波的同时，增加一个速度前馈补偿用来提高响应，然后对该结构进行变换，同时增加一个加速度前馈补偿，用来消除速度前馈补偿过大时引起的超调，使滤波方法对相位滞后的补偿效果更好，减小了相位滞后。

基于上述技术思路，本发明为实现发明目的提出的技术方案是：

电机控制系统中低频信号小相位误差滤波控制方法，其步骤如下：

步骤1，低频信号小相位误差滤波过程中，在对位置信号滤波时，增加一个速度前馈补偿。

首先，给定滤波器的输入量为一个位置信号p(s)，设置滤波器为二阶低通滤波器，传递函数为G_f(s)，则经过普通二阶低通滤波器得到的输出信号为y₁(s)＝p(s)·G_f(s)；其中S为拉普拉斯变换算子。

然后，根据小相位误差滤波的思想，对位置信号p(s)进行微分处理得到速度信号s(s)，速度信号s(s)经过滤波器G_f(s)滤波后，得到y₂(s)信号，y₂(s)＝s(s)·G_f(s)，对信号y₂(s)一方面进行积分处理得到位置信号y₃(s)，一方面乘以速度前馈补偿系数k1得到速度前馈补偿量y₄(s)＝y₂(s)·k₁，将二者相加，可得到小相位误差滤波的输出信号为y₅(s)＝y₃(s)+y₄(s)，k1的设置范围为1>k1≥0，具体值需要调试，k1越大，滤波后的信号相位滞后越小，但k1过大，滤波后的信号会有超调，以滤波后的信号没有超调，且相位滞后最小为优。

步骤2，对小相位误差滤波的控制结构进行变换，同时，增加一个加速度前馈补偿，

首先，位置信号p(s)经过二阶低通滤波器得到的输出信号为y₁(s)＝p(s)·G_f(s)，对信号y₁(s)进行微分处理得到滤波后的速度信号s₁(s)，s₁(s)乘以速度前馈补偿系数k1得到速度前馈补偿量y₆(s)＝s₁(s)·k₁，那么，得到经过结构变换后的小相位误差滤波的输出信号为y₇(s)＝y₁(s)+y₆(s)；