[发明专利]一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法

说明书

本发明涉及高精度伺服驱动器谐振抑制领域，提出了一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法，用于寻找陷波滤波器的最优参数。利用速度偏差的FFT变换得到谐振频谱图，以最大幅值处的频率确定陷波频率；在频谱图上以曲线任意点的幅值与最大幅值的比值确定深度参数，并且以所对应的频率与谐振频率的宽度确定宽度参数；为了保证参数的合理性，以滤波后谐振频率处的幅值为适应度，利用改进型粒子群优化算法对陷波深度和宽度参数进行优化，避免因噪声干扰和负载变化而使陷波参数陷入局部最优。该方法不依赖数学模型的准确性，可以提高伺服系统的谐振抑制能力和机械设备的使用寿命。

技术领域

本发明涉及高精度伺服驱动器谐振抑制领域，具体涉及一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法，适用于永磁同步电机的高性能控制。

背景技术

伺服驱动在实际中并不是电机和负载直接相连，而使用联轴器、齿轮或者传动轴等传动机构进行连接。传动装置在连接电机和负载时并非完全刚性的，都会存在一定的弹性。在伺服驱动系统不断提高的同时，原本可以忽略传动部件的影响变的越发明显。这些非刚体在受到转矩时会发生弹性形变，会导致电机和负载在传递的过程中产生滞后。此时系统的传递函数就会出现两个复共轭极点，就会使系统产生机械谐振。由于负载惯量大，刚度有限，不论是采用直接驱动还是间接驱动都会不可避免的有机械谐振现象的产生。伺服驱动系统速度环大多是采用PI控制，如果要使伺服系统有高的性能，必须提高控制器的增益，但是配备高的增益经常会因为电机和负载的弹性连接而产生机械谐振。基于上述分析必须采取有效措施抑制机械谐振。

伺服驱动系统在谐振抑制方面主要有两种方法：(1)被动抑制：在速度环和电流环之间加入校正装置，这种方法易于实现，例如低通滤波器、陷波滤波器、双二阶滤波器等。(2)主动抑制：改变控制器的结构或参数，例如加速度反馈、状态反馈、智能控制算法等。加速度反馈就是根据电机的位置和电流观测电机的加速度，利用观测的加速度值补偿到电流给定值，但是此方法在实际应用中会出现电流补偿值和电流给定值相位滞后而使谐振抑制失败。在智能控制算法中譬如鲁棒控制器在电机参数或者是负载变化时都需要重新设计控制器的参数不利于工程的应用。低通滤波器在谐振抑制方面会限制系统的带宽，双二阶滤波器在谐振抑制中容易受到参数变化的影响而使谐振抑制失败。

陷波滤波器只抑制谐振频率处的幅值而对其他频率处的幅值没有影响而被广泛应用，但是陷波滤波器的滤波参数直接影响谐振抑制能力，宽度太小不能很好的抑制谐振，而宽度太大将会再次产生谐振。目前大多数的陷波参数确定方法都是通过加入测试信号获取系统的伯德图手动确定陷波参数，而在线参数的确定和优化没有一个合适的算法。

发明内容

本发明的目的是针对离线条件下不能设置合适的陷波滤波器参数，提出了一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法。

为了实现上述目的，本发明将通过以下技术方案实现：

一种陷波滤波器在线谐振抑制参数优化方法，包括如下步骤：

(1)采集速度环的速度偏差数据做FFT变换，得到传动机构的谐振频谱图；

(2)根据得到的谐振频谱图确定滤波器参数；

(3)将步骤(2)确定的所述滤波器参数，利用陷波滤波器对速度偏差进行滤波；

(4)采集速度偏差做FFT变换，以滤波后谐振频率处的幅值作为适应度，利用改进型粒子群优化算法对陷波深度和宽度参数进行优化。

进一步地，所述步骤(4)包含以下步骤：

a.设置种群规模M和迭代次数H，随机初始化各个粒子的位置x和v，因为确定深度值ξ时都会对应一个宽度值，因此将深度参数和宽度参数合并为一个参数进行优化，初始化位置的范围是0到1之间；

b.将各个粒子的位置带入式(7)的陷波滤波器，采集速度偏差计算FFT变换，以滤波后谐振频率处的幅值作为适应度，式(7)为：