[發(fā)明專利]抑制機(jī)械系統(tǒng)殘留振動(dòng)的輸入整形器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610120646.2
• 申請(qǐng)日: 2016-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN105786037B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立;覃海濤;田天勝;李衛(wèi)平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市雷賽智能控制股份有限公司;深圳市雷賽軟件技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G05D15/00
• 分類號(hào): G05D15/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 楊洪龍

本發(fā)明公開了抑制機(jī)械系統(tǒng)殘留振動(dòng)的輸入整形器，其特征是，整形器的傳遞函數(shù)為：其中，k₁、k₂、k₃、k₄為增益系數(shù)，n為時(shí)滯系數(shù)。本輸入整形器減少了系統(tǒng)沖擊：對(duì)階躍信號(hào)可以一階可微分，類似一階濾波器，消除了力矩的中高頻振動(dòng)和沖擊，適用于剛性較差機(jī)械系統(tǒng)，并且可以減少機(jī)械磨損。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及機(jī)械系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及抑制機(jī)械系統(tǒng)殘留振動(dòng)的輸入整形器。

【背景技術(shù)】

在定位控制系統(tǒng)中，由于機(jī)械設(shè)備末端剛性較低等原因，機(jī)械設(shè)備末端在狀態(tài)切換時(shí)會(huì)發(fā)生低頻振動(dòng)，通常稱為殘留振動(dòng)，從而影響定位精度。一般對(duì)低頻振動(dòng)的抑制主要有三種途徑：(1)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，(2)反饋控制，(3)輸入整形。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般需要通過增加系統(tǒng)質(zhì)量來增加系統(tǒng)阻尼、提高系統(tǒng)剛度，但這將影響速度響應(yīng)或增大系統(tǒng)能耗；反饋控制需要增加傳感器和檢測(cè)電路，使系統(tǒng)成本增加，而且有時(shí)傳感器不方便安裝，信號(hào)不好測(cè)量。輸入整形技術(shù)以簡單的開環(huán)控制實(shí)現(xiàn)快速定位，并且可以有效抑制殘留振動(dòng)，故在高速高精定位系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。常用輸入整形器主要有ZV(零振蕩)整形器、ZVD(零振蕩與零導(dǎo)數(shù))整形器、各伺服廠家伺服驅(qū)動(dòng)器集成的陷波濾波器等。

如圖1，ZV輸入整形器對(duì)原始階躍信號(hào)a整形后，得到輸出波形b1，如圖2，ZVD輸入整形器對(duì)原始階躍信號(hào)a整形后，得到輸出波形b2，陷波濾波器對(duì)原始階躍信號(hào)a整形后，得到輸出波形b3。

雖然現(xiàn)有輸入整形器能夠有效抑制殘留振動(dòng)，但對(duì)階躍信號(hào)的整形時(shí)，其整形輸出信號(hào)仍有突變，對(duì)系統(tǒng)有沖擊，影響系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性。各伺服廠家伺服驅(qū)動(dòng)器集成的陷波濾波器沖擊小，但有拖尾現(xiàn)象，響應(yīng)速度慢。如圖1所示常用輸入整形器的整形輸出信號(hào)示意圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為解決現(xiàn)有輸入整形器對(duì)階躍信號(hào)整形時(shí)整形輸出仍然具有躍變，對(duì)系統(tǒng)有沖擊以及諧波濾波整形輸出具有拖尾現(xiàn)象的問題，提出新型輸入整形器，使機(jī)械系統(tǒng)在抑制殘留振動(dòng)的同時(shí)，減少階躍響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的沖擊。

抑制機(jī)械系統(tǒng)殘留振動(dòng)的輸入整形器，輸入整形器的傳遞函數(shù)為：

其中，k₁、k₂、k₃、k₄為增益系數(shù)，n為時(shí)滯系數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，

f_s為輸入整形器對(duì)指令輸入信號(hào)的采樣頻率，f為需要抑制的殘留振動(dòng)的頻率，n為正整數(shù)。

所述機(jī)械系統(tǒng)為剛性度小于剛性度閾值的機(jī)械系統(tǒng)。

本發(fā)明有益效果在于：

本輸入整形器減少了系統(tǒng)沖擊：對(duì)階躍信號(hào)可以一階可微分，類似一階濾波器，消除了力矩的中高頻振動(dòng)和沖擊，適用于剛性較差機(jī)械系統(tǒng)，并且可以減少機(jī)械磨損。

新型輸入整形器對(duì)階躍信號(hào)的整形輸出信號(hào)為折線形狀，沒有階躍變化，也沒有拖尾現(xiàn)象。

本輸入整形器的增益系數(shù)固定，其時(shí)滯時(shí)間只與系統(tǒng)采樣頻率和殘留振動(dòng)頻率有關(guān)，不需要考慮系統(tǒng)阻尼系數(shù)，大大降低了輸入整形器的設(shè)計(jì)難度。

本輸入整形器不僅可以抑制所需消除的殘留振動(dòng)，同時(shí)也可以高頻的殘留振動(dòng)幅值也得衰減，而且還可以抑制高頻噪音的輸入。

【附圖說明】

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的ZV輸入整形器的整形輸出信號(hào)示意圖

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的ZVD輸入整形器的整形輸出信號(hào)示意圖

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的陷波濾波器的整形輸出信號(hào)示意圖