[发明专利]一种基于自适应陷波的机械谐振在线抑制系统

权利要求书

1.一种基于自适应陷波的机械谐振在线抑制系统，其特征在于：包括谐振特征在线辨识和谐振动态抑制，所述谐振特征在线辨识需要具备实时性，利用FPGA硬件实现FFT，使傅里叶变换在毫秒级别可以完成计算；通过对i_q进行FFT得到其频谱，依据交轴电流频谱，判断是否产生谐振以及得到谐振的频率和幅值；伺服系统的速度环控制周期在200us，陷波滤波器的阶数较低，能在控制周期内完成陷波处理，在电流控制回路中加入陷波滤波器，对交轴电流指令进行滤波，抑制谐振频率附近的增益，根据谐振特征辨识的结果计算陷波中心频率f_n、陷波宽度k、陷波深度ξ这三个参数，并动态更新参数，完成自适应陷波，实现对谐振的动态抑制。

2.根据权利要求1所述的基于自适应陷波的机械谐振在线抑制系统，其特征在于：所述谐振特征的在线辨识需要根据转速或者转矩的振荡分析出谐振的幅值和频率，而且要满足在线的实时性，因此，在伺服系统控制中，采用矢量控制，定子电流解耦为dq坐标系下的直轴电流和交轴电流，电磁转矩与交轴电流成正比。控制结构从外到内为速度环和电流环，采用i_d＝0的控制策略，速度环的输出即为交轴电流i_q的指令；所以对交轴电流进行FFT，可以得到其频谱，分析频谱，找到其中幅值最大的频率成分，判断是否产生谐振并且得到谐振的频率及幅值。

3.根据权利要求1所述的基于自适应陷波的机械谐振在线抑制系统，其特征在于：所述FPGA中实现硬件电流环，对伺服电机的AB相电流进行采样，采样的频率在200kSPS左右；经过Clark和Park变换之后得到i_d、i_q，由于Clark、Park变换都在FPGA中实现，速度很快，交轴电流i_q以200kHz左右的频率更新。所以谐振频率辨识范围最大为100kHz左右，考虑到频率辨识的精度以及范围，对交轴电流进行一定频率的采样，并缓存到双口RAM中，快速傅里叶变换对傅里叶变换进行了优化，减少了计算的次数，且得益于硬件实现的快速性，使FPGA中快速傅里叶变换的计算时间基本上在毫秒级别，满足在线辨识的要求，在得到交轴电流频谱之后，对其进行进一步分析，计算实际的谐振频率以及幅值；

谐振特征辨识模块分为四部分，分别为双口RAM、FFT计算模块、谐振特征提取模块以及FFT控制模块，FPGA中实现硬件电流环，得到交轴电流，将其输入到双口RAM中，缓存一定数量的数据，假设进行N点的FFT，则需要采集N个交轴电流，双口RAM的大小需要能够保存N个数据，FFT计算模块主要作用即完成FFT的计算，数据串行输入，经过变换之后，输出频谱的实部和虚部，假设采集交轴电流的频率为f_s，则经过傅里叶变换之后的频率范围为f_s/2，而精度为f_s/N，频率特征提取模块对FFT计算之后的数据进行处理，计算得到谐振的频率和幅值，FFT控制模块控制整个时序，FFT控制模块根据设定的采样频率，将数据写入，当数据量达到要求时，使能FFT计算，当FFT计算结束并完全输出数据之后，使能谐振特征提取模块；

FFT计算之后，可以得到输入信号的频谱，输出格式为实部real_out和虚部的imag_out，N点的变换将会输出N组数据，对实部虚部进行求平方根计算，得到对应点的幅值mag_out，即当FFT计算模块开始输出的时候，计数模块同时开始工作，记录当前数据在输出序列中所在的位置；得到幅值之后，依次进行比较，记录最大的幅值以及此时所在的位置k，由于FFT计算的对称性，只需要比较前N/2个数据；最终输出的谐振频率以及幅值为：

所述FPGA的快速傅里叶变换在谐振特征辨识中，实现对谐振幅值和频率在线辨识的重点是快速傅里叶变换的实时性，结合FPGA高速的运算能力以及并行的优势，将快速傅里叶变换在FPGA中实现可以满足在线辨识实时性的要求。