[发明专利]一种基于参考模型自适应的惯量比调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及伺服系统惯量比控制领域，具体的涉及一种基于参考模型自适应的惯量比调节方法。

背景技术

目前，工业机器人、高端数控机床等先进制造装备发展极其迅速，这就使得通用型伺服系统应用更加广泛。在不同系统的应用中，机械振动是伺服系统中最普遍的一个问题，振动阻碍了系统控制准确度的提高，以振动抑制为目的的控制技术成为高性能伺服系统的重要标志。机械振动的主要起因之一是电动机和负载之间的转动惯量比不相匹配。

假设电机的转动惯量为Im，负载的转动惯量为Ie，则负载与电机的惯量比为Ie/Im，而为了保证转动惯量比相匹配，在伺服系统实际应用中通过改变负载或电机的转动惯量来实现最优惯量比是不现实的。基于控制算法实现的可调惯量比方法不仅提高了系统性能，也降低了系统成本，因此成为振动抑制中重要技术方法之一。

在伺服领域，目前对于可调惯量比方法的控制方法，在实际系统中主要包括基于扰动观测器的共振比控制和基于加速度反馈的电机有效转动惯量控制两种实现方法，但是这两种方法在实际伺服系统中都需要利用速度反馈的微分信号来进行状态重构，并实现系统等效可调惯量比。

然而，在利用速度反馈的微分信号进行状态重构时，为了抑制微分信号中噪声对重构信号的影响，都需要进行低通滤波处理，但是低通滤波处理通常都会导致相移，从而直接导致系统控制性能的降低，并且低通滤波处理的方法使得整个算法仅适用于低频振动情况，并不具备普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能实现可调惯量比控制特性，又能避免现有惯量比控制方法的缺点，并能在更宽频率范围内有效抑制机械振动，并且提高系统性能的控制方法。

一种惯量比调节方法，该方法包括以下步骤：

（1）测量伺服电机的实际角速度ω₂，与参考模型的期望目标角速度做差，求出两者的差值Δω；

（2）将Δω输入到自适应控制器，经过自适应控制器的调节，输出转矩补偿值ΔT；（3）伺服驱动器的速度调节器给定值Te加上/减去转矩补偿值ΔT，获得的差值输入到转矩调节器，然后将转矩调节器的输出值加上/减去负载转矩T_L，获得伺服电机的转矩调节量，对伺服电机进行调节；

（4）重复上述步骤（1）至步骤（3），直到获得期望的惯量比。

优选地，所述惯量比调节方法是基于参考模型自适应的，所述参考模型的形式不固定，包括拥有转矩输入和转速输出的控制模型。

优选地，所述参考模型的传递函数可以是

ω₁(s) =ω₂ (s)×J_M /J₁ – ΔT(s)/(J₁s)

优选地，所述参考模型可以是带摩擦特性和非线性特性的电机模型。

优选地，所述自适应控制器用于调节转矩给定值，使电机在系统控制上的等效转动惯量与期望电机模型的惯量保持一致，其传递函数可以是

Κ_cP+Κ_cI /s。

优选地，所属转矩调节器可以是PI调节器，也可以是滞环控制器和直接转矩控制器。

本发明提供的一种基于参考模型自适应的惯量比调节方法，具有以下优点：

1.相比于现有技术中的惯量比调节方法而言，本发明的惯量比调节方法采用模型参考自适应方法，而无需采用速度反馈微分信号的直接计算方法来实现惯量补偿和特性模拟，从而也就避免了现有技术中低通滤波器所导致的系统控制性能的降低；

2.本发明的惯量比调节方法中的自适应控制器拥有多种控制结构类型，具有普遍适用性，并不局限于某种特定类型的控制结构，使系统的实现结构更加多样和灵活，更能适应多种控制环境的需要，从而拓展了惯量比调节方法的应用范围，提高了系统的准确性和快速性，使系统在整个带宽内都具备实现可调惯量比的控制能力；

3.本发明的惯量比调节方法中，参考模型的形式并不固定的，任何拥有转矩输入和转速输出的控制模型都可以成为参考模型，使得本发明的惯量比调节方法可以适用于几乎所有电机的惯量比调节。

附图说明

图1 为本发明所述方法的控制系统结构图。

图2 为本发明所述方法的系统传递函数图。

图3 为采用本发明所述方法的等效系统传递函数模型；

具体实施方式

结合具体实施例对本发明内容进行具体说明如下：