基于陷波器参数自调整的伺服系统谐振抑制.doc

基于陷波器参数自调整的伺服系统谐振抑制.doc基于陷波器参数自调整的伺服系统谐振抑制摘要:针对永磁交流伺服系统中的柔性传动环节,建立了电机——负载二质量模型,通过对模型的Simulink仿真分析阐述了系统机械谐振发生的机理。为了抑制伺服系统的机械谐振,根据对伺服系统谐振的定量分析,结合对电机速度误差信号的快速傅里叶变换(FFT)分析,设计了自动调整参数的陷波滤波器,并进行了仿真实验与实际实验。实验结果证实了理论分析的正确性和所设计陷波器的有效性,在传动环节的刚度、阻尼和负载惯量不尽准确的情况下,相关仿真结果验证了所设计陷波器依旧有效。关键词:交流伺服系统;谐振抑制;陷波滤波器;参数自调整中图分类号:,谐振时电机电流处于正负交替饱和状态,电机在速度给定处出现强烈抖动,这无论对机械负载还是对伺服驱动器都极具威胁,负载端的抖动会导致负载的速度失准甚至损坏,电机速度抖动削弱了伺服的控制效果,并且将伺服控制器的速度环带宽限制在谐振频率以下[1]。为了抑制伺服系统的谐振现象,目前已有很多文献提供了解决方法。传统的方法是通过调节系统的机械结构,诸如添加避震环节或者机械加固等措施解决系统的谐振现象,但此类解决方案在增加了系统成本的同时也带来了系统的复杂性。相对于被动抑制,当前常用的主动抑制方法可以分为3类:1)基于电机侧与负载侧的位置与速度,进行谐振抑制[2],但此类方案在实际应用中受限于负载测速度检测的检测器成本与安装成本。2)基于电机侧的位置与速度,借助观测器对负载速度进行估计,进行谐振抑制[3-5],但此类方案受限于观测器的准确性与实时性。3)只在控制环节加入滤波器,或者相位补偿,进行谐振抑制[6-9],此类方案由于易于实现且无需额外增加硬件,当前最为常用。本文采用第3类抑制方法,通过对系统谐振的定量分析,结合对电机速度误差信号的快速傅里叶变换(FFT)分析,设计了参数自调整陷波滤波器,对伺服系统的谐振进行抑制,进行了仿真与实际电机试验,验证了所设计陷波滤波器的有效性。。图3中,受谐振峰值的影响,柔性系统在相位穿越处的幅值增益将被拉高至大于0dB,导致速度出现震荡,即伺服系统的谐振现象,且谐振频率越靠近相位穿越频率,谐振现象越明显。文献[10]应用受迫振动理论阐述了伺服电机轴端的谐振与负载端谐振之间的关系,论证了“只要电机轴端谐振得以抑制,则负载端谐振也会得以有效抑制”,基于此论证,本文以伺服电机轴端谐振为研究对象。对图2所示的仿真模型进行仿真,电机速度阶跃响应仿真结果如下图4,转速阶跃响应下的电机电磁转矩波形如下图5。由仿真结果可知电机转速出现震荡现象,电机电磁转矩处于剧烈震荡状态。,谐振频率未知,,由波形可知,在使能约52ms后,陷波器成功抑制了系统的谐振。为了抑制永磁交流伺服系统机械谐振,本文提出了一种陷波滤波器参数自调整的方法,并进行了仿真实验与实际实验。实验结果表明,参数自调整陷波器能够有效的抑制伺服系统的机械谐振,且其参数鲁棒性较好,值得在实际应用中推广。参考文献:[1]Vukosavic,,Stojic,