[发明专利]一种改善低频抑振性能的前馈控制器

说明书

本发明涉及一种改善低频抑振性能的前馈控制器，通过采用电压跟随电路能够使前后级的电压输入保持一致，避免前后级电路间的互相影响；通过采用传感器补偿电路能够对因在前级传感器系统中使用高通滤波器而产生的模型精度误差进行补偿；通过采用低频带宽拓展电路能够使所述改善低频抑振性能的前馈控制器抑振带宽(或有效工作范围)向更低频处拓展；通过采用前馈模型刚度调整电路，能够使该改善低频抑振性能的前馈控制器适应控制器应用对象的变化(即控制不同的抑振器)。通过以上设置来改善低频抑振性能，进而使系统的抑振性能达到最优。

技术领域

本发明涉及主动振动控制领域，特别是涉及一种改善低频抑振性能的前馈控制器。

背景技术

主动抑振技术被广泛地应用在机械加工、车辆运输以及航空航天等领域。在工程应用中借助主动抑振技术可以有效地降低机械振动对各类功能设备的影响，从而提高设备的工作性能，延长设备的使用寿命。进一步地，随着主动抑振技术在工程应用领域中的深入推广和广泛使用，设备的工作环境更为严苛，工作性能要求更高，因此主动抑振技术的发展也面临着新的挑战。

在主动抑振过程中，来自外部的机械振动经过振动传递函数的前向通道和受控对象，最后会影响抑振对象。基于前向通道模型设计的前馈控制方法是主动抑振中常用的一种方法。前馈控制是在振源位置放置传感器，测量振源振动特性，在控制器中构建前向通道模型，根据传感器所采集的振动信号，预测振源振动在通过前向通道后的振动情况，最后控制执行器输出进行主动抵消，抑制或者减少机械振动向抑振对象的传播。显然，控制器中前向通道模型的误差将会导致控制器对振源振动的预测产生误差，该误差会进一步地影响执行器的输出。因此，控制器前向通道模型的精确性对前馈控制的性能有直接影响。

另一方面，从模型组成的角度来看，前向通道模型的传递函数包含积分环节，由于积分环节的存在，振动信号的增益会随着频率的降低而增加。因此在前馈控制中，控制器对振动信号的直流偏置和低频噪声十分敏感，十分容易造成电路输出饱和的问题，限制主动抑振在低频处的抑振性能。为抑制信号低频增益，改善电路饱和问题，在实际应用中常采用高通滤波器滤除低频信号，避免低频干扰。但是高通滤波器在转折频率处存在相位偏移以及幅值损失的问题，控制器构建的前向通道模型在低频处会有精度损失，同样会导致抑振性能下降。

此外，工程上常使用数字电路来设计实现前馈控制所需的控制器。但是数字电路结构存在设计复杂、成本高、开发周期长等缺点，所以在一些轻量化、小型的抑振应用中，使用具有设计简单、开发周期短、成本低等优点的模拟电路来设计控制器更有优势。但基于模拟电路设计的控制器参数一般是固定的，而在实际应用中，控制器的应用对象会发生改变，设计参数固定的前向通道模型与实际模型之间会形成误差。类似地，在实际应用中，某些原因可能会导致传感器的更换，而不同传感器的动态特性是存在差异的，这同样会为前向通道模型带入更多的误差。并且，在实际应用中也存在着需要调节控制器抑振带宽的需求。工程上希望控制器的抑振带宽能向低频深入拓展，但是受传感器信噪比等因素的影响，主动减振系统的稳定性随着带宽的拓展而逐渐恶化。所以抑振带宽与稳定性之间是存在矛盾的。在不同的工作条件下，需要权衡抑振带宽与稳定性，适当调整抑振带宽，使系统的抑振性能达到最优。

因此，提供一种能够改善低频抑振性能的前馈控制器是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善低频抑振性能的前馈控制器，以改善低频抑振性能，进而使系统的抑振性能达到最优。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种改善低频抑振性能的前馈控制器，包括：

输入端口，用于输入前馈信号；

电压跟随电路，与所述输入端口连接，用于使所述前馈信号的前后级电压输入保持一致；

传感器补偿电路，与所述电压跟随电路连接，用于补偿因在前级传感器系统中使用高通滤波器而产生的模型精度误差；