[发明专利]一种基于预设基函数的自适应滤波器设计方法及伺服系统

说明书

一种基于预设基函数的自适应滤波器设计方法及伺服系统，涉及自适应滤波器技术领域，用以解决现有的自适应滤波器无法有效处理伺服系统的输入信号跟踪和扰动抑制问题。本发明的技术要点包括：针对跟踪参考指令和抑制扰动的目的，设计滤波基函数，其特点为参数、结构可调且不与参考信号耦合；利用梯度下降法设计权值迭代律，并确定使系统稳定的迭代步长；针对多种成分的扰动构造并联自适应滤波器；将并联自适应滤波器外接于原伺服系统以重构参考指令。本发明减小了由伺服系统参考指令和扰动信号导致的跟踪误差，有效提高了精密速率伺服系统的速率平稳性。本发明适用于包含具有位置周期或时间周期扰动信号的伺服系统的扰动抑制及指令跟踪。

技术领域

本发明涉及自适应滤波器技术领域，具体涉及一种基于预设基函数的自适应滤波器设计方法及伺服系统。

背景技术

作为“国内大循环”的重要部分，机械工业目前受到的“卡脖子”环节很多：精密机械制造的趋势拉动了我国高端数控机床制造业，但由于加工精度的限制，其关键零部件自给率不足10％；自主式导航系统更新换代需求旺盛，且在未来一段时间内都将保持高需求态势，但高精度的巡航和定位仍是亟待突破的关键问题。此类机械系统的应用与革新在很大程度上受制于伺服系统的精确程度，加快相关技术和产品的突破，使产业链的关键环节不再受制于人，成为了当今我国机械工业的急需。

对于精密伺服机械，其精密程度主要受内因和外因影响。以精密速率伺服机械为例，影响其速率伺服平稳性的内因包括机械、电气分布不均造成的周期性力矩波动；外因包括台体偏载、机械摩擦等。在伺服过程中，这些扰动往往表现为位置或时间周期扰动，致使系统难以满足精密伺服的要求。传统自适应滤波器是一种能够跟踪时间周期信号的控制方法，通常被用于进行往复运动的伺服系统中。然而，该方法存在一些局限性：(1)自适应滤波器以正弦信号为输入，无法处理非周期信号；(2)自适应滤波器常被用于指令跟踪，而很少被用于扰动抑制；(3)只能处理时间周期的信号，难以处理位置周期信号；(4)当存在多种成分扰动时，单一自适应滤波器难以发挥作用。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于预设基函数的自适应滤波器设计方法及伺服系统，用以解决现有的自适应滤波器无法有效处理伺服系统的输入信号跟踪和扰动抑制问题。

根据本发明一方面，提供一种基于预设基函数的自适应滤波器设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、基于伺服系统中已知的输入信号与由输入信号引起的误差之间的关系，获得由输入信号引起的误差；

步骤二、设计第一自适应滤波器，使得所述第一自适应滤波器的第一输出信号在伺服系统中所引起的误差等于步骤一中由输入信号引起的误差的负值，从而抵消输入信号引起的误差；

步骤三、基于伺服系统中已知的扰动信号与由扰动信号引起的误差之间的关系，获得由扰动信号引起的误差；

步骤四、设计第二自适应滤波器，使得所述第二自适应滤波器的第二输出信号在伺服系统中所引起的误差等于步骤三中由扰动信号引起的误差的负值，从而抵消扰动信号引起的误差；

步骤五、将所述第一自适应滤波器和所述第二自适应滤波器并联，获得最终的自适应滤波器。

进一步地，步骤二中所述第一自适应滤波器的第一输出信号表达式为：

式中，表示设计的第一滤波基函数；表示第一滤波基函数对应的时变权值；M表示使等式成立的最小正整数。

进一步地，步骤二中所述第一滤波基函数满足下述式子：

式中，g_r(r)表示由输入信号引起的误差；g_cr表示第一输出信号c_r与其在伺服系统中所引起的误差之间的关系；表示一个存在的常数。