[发明专利]一种双编码器柔性关节的振动抑制方法及控制系统

权利要求书

1.一种双编码器柔性关节的振动抑制方法，其特征在于，所述振动抑制方法包括：

基于传感器测量电机端速度和负载端速度；

基于刚体速度求解器根据所述传感器测得的电机端速度和负载端速度计算得到刚体速度；

基于频率筛选器将所述电机端速度或所述负载端速度与所述刚体速度的误差经过频率筛选后得到特定频率区间的纯振动速度，并将所述纯振动速度反馈到所述速度控制器的输入；

基于速度控制器的电机端速度或负载端速度反馈，利用频率筛选器反馈的纯振动速度来修正速度控制器的输入信号，从而得到修正后的速度控制器输出，即电机输入力矩，并将所述电机输入力矩作为双编码器柔性关节的输入；

所述振动抑制方法通过修正所述速度控制器的输入信号来实现对柔性关节的振动抑制。

2.根据权利要求1所述的方法，被控对象关节在电机端和负载端均安装有传感器，所述传感器指任何可以直接或者间接地测得电机端和负载端的运动学信息，所述运动学信息指关节的角位移或者角速度。

3.根据权利要求1所述的方法，所述刚体速度是由电机端速度和负载端速度加权求和得到的，电机端速度的权重是电机端惯量与总惯量的比值，负载端速度的权重是负载端惯量与总惯量的比值，所述总惯量为电机端惯量与负载端惯量之和。

4.根据权利要求1所述的方法，所述频率筛选器包括高通滤波器、低通滤波器和增益调节器；所述高通滤波器和低通滤波器的截止频率设置为需要抑制的振动频率的一定范围内，从而使所述高通滤波器和所述低通滤波器形成带通滤波器；所述增益调节器用于对形成的所述带通滤波器的幅值比进行调整，将需要抑制的振动频率的幅值比保证为0db附近，同时其相位无超前和滞后，这样筛选出来的纯振动信号中的频率成分主要是对应0db附近的振动频率。

5.根据权利要求1所述的方法，所述速度控制器基于电机端速度反馈时，从输入到输出的传递函数P_m(s)的表达式如下式：

所述速度控制器基于负载端速度反馈时，从输入到输出的传递函数P_l(s)的表达式如下式：

其中，C为速度控制器的控制参数；ω_r为被控对象的系统谐振点频率，即双编码器柔性关节的系统谐振点频率；ω_a为被控对象的系统反谐振点频率，即双编码器柔性关节的系统反谐振点频率；s为所述传递函数在拉普拉斯域中的变量；K为频率筛选器中的增益调节器，即纯振动信号的反馈增益。

6.一种双编码器柔性关节的振动抑制系统，其特征在于，所述振动抑制系统包括：用于测量电机端速度和负载端速度的传感器、刚体速度求解器、频率筛选器和速度控制器；

所述刚体速度求解器用于根据所述传感器测得的电机端速度和负载端速度计算得到刚体速度；

所述频率筛选器用于将所述电机端速度或所述负载端速度与所述刚体速度的误差经过频率筛选后得到特定频率区间的纯振动速度，并将所述纯振动速度反馈到所述速度控制器的输入；

所述速度控制器，基于速度控制器的电机端速度或负载端速度反馈，利用频率筛选器反馈的纯振动速度来修正速度控制器的输入信号，从而得到修正后的速度控制器输出，即电机输入力矩，并将所述电机输入力矩作为双编码器柔性关节的输入；

所述系统通过修正所述速度控制器的输入信号来实现对柔性关节的振动抑制。

7.根据权利要求6所述的系统，被控对象关节在电机端和负载端均安装有传感器，所述传感器指任何可以直接或者间接地测得电机端和负载端的运动学信息，所述运动学信息指关节的角位移或者角速度。

8.根据权利要求6所述的系统，所述刚体速度是由电机端速度和负载端速度加权求和得到的，电机端速度的权重是电机端惯量与总惯量的比值，负载端速度的权重是负载端惯量与总惯量的比值，所述总惯量为电机端惯量与负载端惯量之和。