[发明专利]伺服控制系统机械谐振抑制方法

说明书

本发明涉及一种伺服控制系统机械谐振抑制方法，属于电机伺服控制技术领域。本发明针对伺服控制系统中机械谐振问题设计了一种四环控制结构，在传统伺服电机三环(位置环、速度环、电流环)控制系统的基础上，增加了执行机构的位置全闭环控制，形成四环控制结构，位置全闭环采用自抗扰控制算法，可以有效抑制系统的低频机械谐振。较现有陷波器法和加速度法反馈法，本发明提出的机械谐振抑制方法不改变伺服驱动器的控制算法，采用目前市场上通用的电机伺服驱动器即可，工程应用实现简单，且能有效抑制系统低频机械谐振，提高伺服控制性能。

技术领域

本发明涉及电机伺服控制技术领域，具体涉及一种伺服控制系统机械谐振抑制方法。

背景技术

伺服控制系统的机械传动部分经常使用传动轴、减速器、联轴器等传动装置连接电机和负载，而实际传动装置并不是理想刚体，存在一定的弹性，通常会在系统中引发机械谐振。机械谐振会发出噪声形成噪声污染，对机械传动装置造成严重的损害，影响其使用寿命，还会限制了控制系统的带宽，甚至会造成闭环控制系统不稳定。

目前常用的机械谐振抑制方法有两种：陷波器法和加速度反馈法。陷波器对系统参数变化较敏感，且会导致控制性能下降；传统的PI控制器结合加速度反馈的方法虽然可以有效减小机械谐振的影响，但PI控制器对于外部扰动的鲁棒性较差。控制系统一般采用伺服驱动器+位置全闭环控制器架构，但目前市场上常见的伺服驱动器不具有这两种功能，设计人员需要自行研发或定制伺服驱动器，工程应用比较复杂。因此，研究一种工程应用简单、且抗扰性强的机械振荡抑制方法具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种抑制伺服控制系统机械谐振的方法，以提高伺服控制系统性能。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种伺服控制系统机械谐振抑制方法，该方法在伺服电机三环控制系统中设置执行机构的位置控制器，从而形成四环控制系统，所述位置控制器采用自抗扰控制算法抑制系统的机械谐振。

优选地，所述位置控制器具体采用如下的四阶扩展状态观测器和扰动补偿控制器实现自抗扰控制算法：

所述四阶扩展状态观测器为：

其中，x₄为四阶扩展状态观测器所观测的扰动，包括四环控制系统中由电机、传动机构和执行机构组成的机械传动系统的对象模型的不确定因子，以及系统外部扰动，b₀为扰动补偿因子，ω_o为四阶扩展状态观测器带宽，ω_c为位置控制器带宽，b₀、ω_o、ω_c为位置控制器的参数；x1、x2、x3、x4为四阶扩展状态观测器的输出；θ_L分别为执行机构的位置给定值、反馈值，为四环控制系统中电机的位置给定值；

设线性组合值

则扰动补偿控制器的输出为并作为四环控制系统中电机伺服控制器的电机位置控制器的电机位置给定值；其中b₀、ω_o、ω_c为控制器参数，通过调整这三个参数，来抑制机械谐振。

(三)有益效果

本发明针对伺服控制系统中机械谐振问题设计了一种四环控制结构，在传统伺服电机三环(位置环、速度环、电流环)控制系统的基础上，增加了执行机构的位置全闭环控制器，形成四环控制结构，位置全闭环采用自抗扰控制算法，可以有效抑制系统的低频机械谐振。较现有陷波器法和加速度法反馈法，本发明提出的机械谐振抑制方法不改变伺服驱动器的控制算法，采用目前市场上通用的电机伺服驱动器即可，工程应用实现简单，且能有效抑制系统低频机械谐振，提高伺服控制性能。

附图说明