[发明专利]一种基于混合脉冲激励的输入整形器及设计方法

说明书

本发明属于振动抑制技术领域，公开了一种基于混合脉冲激励的输入整形器及设计方法，建立二阶振动系统闭环传递函数；建立SIMULINK仿真模型；获取系统对单位阶跃信号的响应曲线；对响应曲线进行频谱分析，得到系统振动频率以及阻尼比；根据系统振动频率以及阻尼比设计基于混合脉冲激励的输入整形器；将设计得到的混合脉冲序列与期望输入进行卷积得到输入指令，完成对系统的残余振动抑制。本发明采用基于混合脉冲激励的输入整形器，对系统残余振动进行了有效抑制，并提高系统上升时间，减少时间延迟，降低输入整形器对系统参数的敏感性，增强系统鲁棒性。

技术领域

本发明属于振动抑制技术领域，尤其涉及一种基于混合脉冲激励的输入整形器及设计方法。

背景技术

目前，现代工业控制系统中，为提高伺服系统对负载的适配性，经常使用刚度有限的传动设备连接负载，如齿轮、皮带、滚珠丝杠等，柔性传动部件的引入不可避免的会引发系统产生机械谐振以及残余振动，从而影响系统的高速高精响应，导致系统定位稳定时间过长。因此，设计一种切实可行的振动抑制方法对于伺服系统的高速高精控制而言是至关重要的。

输入整形器作为一种开环的前馈控制策略，独立于伺服控制环路之外，不会对整体控制回路中的其他控制模块造成干扰，也不会对整体系统的稳定性造成影响，因而对不同类型的多种系统皆具有很强的兼容性；另一方面，输入整形器的结构设计以及参数整定均在离线状态下进行，不会对控制系统造成额外的计算负担，导致系统的实时性降低。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)目前使用较多的输入整形器为零振动(Zero Vibration，ZV)输入整形器以及零振动微分(Zero Vibration andDerivation，ZVD)输入整形器，但这两种输入整形器都采用只包含正脉冲的脉冲序列进行构造，不可避免的会使系统响应产生一定的时间滞后。不能在有效抑制系统残余振动的前提下，保证系统的鲁棒性。

(2)针对传统输入整形器引入的时间滞后问题，最优输入整形算法通过借鉴最优控制理论，根据目标函数的极小值原理，对控制器的性能指标进行参数优化，得到目标函数极值最小的控制器，从而可以任意选择整形器的时滞时间，但未能给出时滞时间与系统物理特性及振动特性的关系表达式，需要通过经验选择时滞时间。

解决以上问题及缺陷的难度为：分析时滞时间与系统物理特性、振动特性及输入整形器结构之间的关系，通过引入负脉冲，组成混合脉冲激励序列，改造输入整形器结构，从而使系统响应的时滞时间减小，同时保证输入整形器的抑振能力。

解决以上问题及缺陷的意义为：在不对控制回路中其他模块的造成干扰的前提下，结合系统振动特性，改进输入整形器参数设计方法，并将输入指令通过输入整形器整形，从而消除系统的残余振动，同时减少系统的时滞时间，进一步提高系统运行的平稳性、控制精度、工作效率及设备寿命等，并且无需增加其它硬件设备，节约成本。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于混合脉冲激励的输入整形器及设计方法。

本发明是这样实现的，一种基于混合脉冲激励的输入整形器及设计方法包括：

步骤一，建立二阶振动系统闭环传递函数；

步骤二，根据步骤一建立的二阶振动系统闭环传递函数，对阻尼二阶振动系统建立仿真模型；

步骤三，通过Simulink仿真软件，在交流伺服系统的位置指令输入端给定固定采样时长的单位阶跃信号，采集系统的位置输出信息，得到阻尼二阶振动系统对单位阶跃信号的响应曲线；

步骤四，对响应曲线进行快速傅里叶分析，得到阻尼二阶振动系统振动频率；并通过对数衰减法获得阻尼比；

步骤五，根据阻尼二阶振动系统振动频率以及阻尼比，通过求解约束方程得到混合脉冲激励输入整形器的混合脉冲序列；