[发明专利]一种基于扰动观测器的机械数控机床自身振动抑制方法

权利要求书

1.一种基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，永磁同步伺服电机驱动机床某部件后，将给定转速ω_m^ref和编码器采集的电机实际转速ω_m之间的偏差量输入转速PI控制器，得到q轴电流的参考值i_q^*并给定d轴电流参考i_d^*＝0；再根据编码器中得到的电角度θ，通过电流传感器测量电机的三相定子电流i_s(k)，计算得到q轴的定子电流分量i_q(k)，进而可计算得到电机转矩T_e；选取名义模型G_n(_s)，确定低通滤波器G_q(_s)结构，得到扭转力矩估计值T_c；再将其与经过低通滤波器之后的电机转矩输入减法器，得到力矩观测值T_cc；再加入负载力矩补偿模块Q(s)和前向增益模块F(s)，调节系统的等效惯量，以此实现机械数控机床振动抑制的目的。

2.根据权利要求1所述的基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，其特征在于：所述的q轴电流的参考值i_q^*获取方法为：将参考转速ω_m^ref与编码器所测得的实际转速ω_m之间的差值e_n输入如式(1)所示的转速PI控制器G_PI(s)，再经过式(2)所示的转矩给定值的等效低通滤波器G_f(s)，从而获得所述的q轴电流的参考值i_q^*；

其中，k_p和k_i分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s为复变量。

3.根据权利要求1所述的基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，其特征在于：所述的电机转矩T_e的计算方法为：从编码器中获取永磁同步电机的电角度θ，通过电流传感器测量电机的三相定子电流i_s(k)，经公式(3)的Clark变换后得到定子电流的αβ轴分量i_α(k)、i_β(k)，再经公式(4)的Park变换后得到k时刻定子电流的dq轴分量i_d(k)、i_q(k)，最后由式(5)可计算得到电机转矩T_e；

其中p_n表示极对数；ψ_f则表示永磁同步伺服电机永磁体磁链。

4.根据权利要求1所述的基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，其特征在于：所述的扭转力矩观测值T_cc获取方法为：选取名义模型G_n(_s)和低通滤波器G_q(_s)分别如式(6)和式(7)所示，通过式(8)得到扭转力矩估计值T_c，再将力矩估计值T_c与经过低通滤波器G_q(_s)之后的电机转矩输入减法器，得到力矩观测值T_cc；

式中J_m电机转轴的转动惯量；

式中T_q为滤波器的时间常数；

。

5.根据权利要求1所述的基于扰动观测器的机械数控机床振动抑制控制方法，其特征在于：所述的力矩补偿的实现方法为：将力矩观测值T_cc经过力矩补偿模块Q(s)后，与输入q轴电流的参考值i_q^*的前向增益模块F(s)进入减法器，反馈至电机转矩，达到增加系统阻尼的目的，从而实现振动抑制的效果；

式中，K为反馈系数，

F(s)＝K(J_L+J_L/K) (11) 。