[发明专利]基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法

摘要

基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，属于伺服控制技术领域。本发明解决了现有的机电伺服控制系统中存在的位置域周期性干扰严重影响设备精度的问题。技术要点为机电伺服系统被控对象频率特性测试及建模；对得到的被控对象模型设计镇定控制器；利用带有镇定控制器的闭环系统，对机电伺服系统位置域周期性干扰进行测试，得到位置域周期性干扰的频率及幅值；根据测得的位置域周期性干扰的频率，设计位置域重复控制器，并将位置域重复控制器离散化；重复控制器参数整定及低通滤波器设计；将经过离散化的重复控制器嵌入到机电伺服系统，达到位置域周期性干扰抑制的目的。本发明方法适用于抑制机电伺服系统位置域周期性干扰。

主权项

一种基于时间采样的机电伺服系统位置域周期性干扰的抑制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：步骤一、机电伺服系统被控对象频率特性测试及建模；步骤二、对步骤一得到的被控对象模型设计镇定控制器；步骤三、利用带有步骤二所述的镇定控制器的闭环系统，对机电伺服系统位置域周期性干扰进行测试，得到位置域周期性干扰的频率及幅值；步骤四、根据步骤三测得的位置域周期性干扰的频率，设计位置域重复控制器，并将位置域重复控制器离散化；步骤四所述的根据步骤三测得的位置域周期性干扰的频率，设计位置域重复控制器，并将位置域重复控制器离散化的具体过程如下：对任意位置域信号定义位置域拉式变换G^(s~)=∫0∞g^(θ)e-s~θdθ---(1)]]>式中，为位置域拉式变换算子，θ为角位置信号；针对N个位置域周期性干扰，设计位置域重复控制器如下：R^(s~)=Πi=1NR^i(s~)=Πi=1Ns2+2μiωnis+ωni2s2+2viωnis+ωni2---(2)]]>式中，N为需要抑制的周期性干扰频率点的数量，s为时间域拉式变换算子，μi和νi为满足0<νi<μi<1的重复控制器的阻尼比，ωni为需要抑制的位置域周期性干扰的第i个频率点，1≤i≤N，的位置域状态空间表达式如下：dx^i(θ)dθ=01-αi0-αi1x^i(0)+βi0βi1u^i(θ)y^i(θ)=10x^i(θ)+u^i(θ)---(3)]]>式中，为位置域状态变量，为位置域输入，为位置域输出；αi0=ωni2αi1=2viωniβi0=2(μi-vi)ωniβi1=-4vi(μi-vi)ωni2---(4)]]>位置域重复控制器的实现过程如下：将自变量由θ变为时间t，有xi(t)=x^i(θ),ui(t)=u^i(θ),yi(t)=y^i(θ)]]>式中，xi(t)为时间域状态变量，ui(t)为时间域输入，yi(t)为时间域输出；位置域到时间域的微分关系为：其中，速度信号表示为ω(t)＝dθ/dt；将式(3)状态空间表达式转换为时间域状态空间表达式为：dxi(t)dt=ω(t)01-αi0αi1xi(t)+ω(t)βi0βi1ui(t)yi(t)=10xi(t)+ui(t)---(5)]]>将转化到时间域的重复控制式(5)离散化，得到公式(6)：xi1(k+1)=xi1(k)+Tω(k)(xi2(k)+βi0ui(k))xi2(k+1)=xi2(k)+Tω(k)(-αi0xi1(k)-αi1xi2(k)+βi1ui(k))yi(k)=xi1(k)+ui(k)---(6)]]>式中，T为机电伺服系统采样时间，xi1(k)，xi1(k+1)，xi2(k)，xi2(k+1)为离散化的状态变量，ui(k)为离散化的输入，yi(k)为离散化的输出，ω(k)为离散化的速度信号；对式(6)重复控制器离散形式，加入离散化的低通滤波器qi(k)来抑制相角损失：xi1(k+1)=xi1+Tω(k)(xi2(k)+βi0ui(k))xi2(k+1)=xi2(k)+Tω(k)(-αi0xi1(k)-αi1xi2(k)+βi1ui(k)-βi1xi1(k)+βi1qi(k)xi1(k))yi(k)=qi(k)xi1(k)+ui(k)---(7);]]>步骤五、重复控制器参数整定及低通滤波器设计；步骤六、将步骤四经过离散化的重复控制器嵌入到机电伺服系统，以达到位置域周期性干扰抑制的目的。