[发明专利]基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，尤其涉及一种基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，属于伺服控制技术领域。

背景技术

随着航空、航天事业日新月异的发展，作为该领域核心技术之一的惯性导航和制导技术备受关注，这就对惯性导航与制导系统的核心部件——惯性元件的性能提出了更高要求。惯性测试设备主要用于标定和测试惯性元件的技术指标并验证其可行性、可靠性，其性能直接影响导航、制导精度及武器系统的作战效果。随着惯性导航技术的日益发展，对测试设备的技术要求愈加苛刻，对测试设备的研究和发展也提出了新的要求。高精度的惯性导航系统的研制成功与否，极大程度上依赖于的惯性导航元件测试设备的精度。然而作为惯性导航元件测试设备的重要性能指标——速率平稳性指标，由于周期性干扰的影响，严重影响设备的精度。传统的伺服控制方法——频率法以及PID算法，由于其设计的局限性，已经难以满足速率平稳性指标的要求。对于一个由电机驱动的连续旋转的具有单一或变化转速的精密机电伺服系统而言，大多数干扰的周期在角位置域是固定的，但是在时间域是变化的。例如，永磁同步电机运动时产生的由电磁波动力矩和齿槽波动力矩组成的电机波动力矩，其中后者已通过工艺抑制在较低水平，而由于材质、器件和工艺离散性等原因，前者仍然对系统造成很大的影响，通过理论分析及实验研究都证明，其基波和谐波都是位置相关的周期性信号。重复控制方法，不论在理论还是在实践上，都证明了其对周期性干扰的抑制作用。然而对于经典的重复控制器，由于其时间域特性，对位置域周期性干扰并没有明显的抑制效果，所以需要采用新的方法抑制位置域周期性干扰。目前基于重复控制的位置域周期性干扰抑制方法大致分为两类：1)针对离散控制器的采样周期进行自适应改变的方法(参见文献[1][2][3])；2)位置域有限维重复控制的方法(参见文献[4][5][6])。但是考虑到现有重复控制器的加入对机电伺服系统稳定性的影响及其在数字化实现等方面存在的困难，并没有在实际系统中得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，以解决针对现有的机电伺服控制系统中存在的位置域周期性干扰严重影响设备精度的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、机电伺服系统被控对象频率特性测试及建模；

步骤二、对步骤一得到的被控对象模型设计镇定控制器；

步骤三、利用带有步骤二所述的镇定控制器的闭环系统，对机电伺服系统位置域周期性干扰进行测试，得到位置域周期性干扰的频率及幅值；

步骤四、根据步骤三测得的位置域周期性干扰的频率，设计位置域重复控制器，并将位置域重复控制器离散化；

步骤五、重复控制器参数整定及低通滤波器设计；

步骤六、将步骤四经过离散化的重复控制器嵌入到机电伺服系统，以达到位置域周期性干扰抑制的目的。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种针对位置域周期干扰的抑制方法，通过在时间域实现位置域重复控制器将机电伺服系统中位置域周期性干扰的幅值抑制到测量元件的测量精度以下，如表1所示，系统指令位置差都被抑制到测量元件的测量精度2.5×10^-4度以下。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的机电伺服控制系统框图，其中P(s)为被控对象，K(s)为镇定控制器，为位置域重复控制器，r(t)为指令输入，y(t)为位置输出，e(t)为指令位置差，为位置域周期性干扰；

图3为本发明的机电伺服系统被控对象频率特性及数学模型Bode对比图，加号点为实验验证中测得的机电伺服系统被控对象频率特性，实线为建立的数学模型的Bode图，从图中可以看出所建模型的准确性；

图4为不同速度下对控制器输出的FFT分析图；

图5为角速度指令曲线图；

图6为没有重复控制时的指令位置差；

图7为有重复控制时的指令位置差。

具体实施方式

结合附图进一步详细说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式一：下面结合图1，图2，图3，图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、机电伺服系统被控对象频率特性测试及建模；