[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)及力矩波動(dòng)控制方法

在審

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• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN108111083A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉輝;趙萬華;楊曉君;郝曉燕;杜洋洋;梁滔
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/05;H02P21/14;H02P21/24;H02P25/024;H02P27/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明展示了基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)及力矩波動(dòng)控制方法控制系統(tǒng)包括自適應(yīng)濾波控制器，分別連接在自適應(yīng)濾波控制器輸出端的交軸電流PI控制器和直軸電流PI控制器，以及依次連接的Park變換器、正弦矢量脈寬調(diào)制器和逆變器；控制方法包括如下步驟：1.選取自適應(yīng)濾波控制器的參考信號矢量，確定自適應(yīng)濾波控制器的階數(shù)；2.采用自適應(yīng)濾波算法從中檢出指定多個(gè)已知頻率諧波成分的幅值與相位，求解與多個(gè)已知頻率諧波成分對應(yīng)的自適應(yīng)濾波控制器的輸出信號；3.將輸出信號注入到對應(yīng)各軸電流環(huán)控制器，進(jìn)行諧波成分的抵消抑制，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的力矩波動(dòng)控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)力矩、位移波動(dòng)的自適應(yīng)抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及伺服電機(jī)力矩波動(dòng)的控制，具體為基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)及力矩波動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

數(shù)控機(jī)床中的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要性能是速度的平穩(wěn)性，即要求穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度波動(dòng)盡可能小，位移過程平滑無波動(dòng)。但伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器開關(guān)延時(shí)、導(dǎo)通壓降和電機(jī)永磁體磁密變化等因素會(huì)使電機(jī)輸出力矩諧波，從而破壞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，需要進(jìn)行力矩波動(dòng)的控制。

基于電機(jī)本體的優(yōu)化實(shí)施難度大、成本高，且并不能完全消除永磁同步電機(jī)的力矩波動(dòng)，要想對受多因素影響而產(chǎn)生的諧波實(shí)現(xiàn)更好的抑制效果，須采用合適的控制補(bǔ)償策略。現(xiàn)階段主要的諧波抑制方法分為三大類：第一類是硬件抑制，該方法需要對硬件進(jìn)行改造，成本相對較高，通常不采用；第二類是傳統(tǒng)PID，該方法較為常用，是控制策略中的經(jīng)典方法，能實(shí)現(xiàn)諧波部分抑制，但對系統(tǒng)參數(shù)依賴較大；第三類是現(xiàn)代控制策略，主要有觀測器、自適應(yīng)控制、重復(fù)控制、迭代學(xué)習(xí)控制和復(fù)合控制等，可廣泛用于力矩波動(dòng)的抑制補(bǔ)償中，但是需要通過試運(yùn)行采集波動(dòng)信號再進(jìn)行補(bǔ)償控制，控制較為復(fù)雜，可靠性不高，參數(shù)設(shè)置繁瑣等問題限制了這類方法的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)及力矩波動(dòng)控制方法，用于電機(jī)矢量控制直接修正交軸與直軸電流實(shí)現(xiàn)對波動(dòng)力矩的抵消，能夠高效地對多頻諧波成分進(jìn)行抑制，能夠進(jìn)行在線控制，控制復(fù)雜性低，性能可靠，參數(shù)設(shè)定簡單。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，包括自適應(yīng)濾波控制器，分別連接在自適應(yīng)濾波控制器輸出端的交軸電流PI控制器和直軸電流PI控制器，以及依次連接的Park變換器、正弦矢量脈寬調(diào)制器和逆變器；

逆變器的輸出端連接永磁伺服電機(jī)的控制端；交軸電流PI控制器和直軸電流PI控制器的輸出端分別連接Park變換器的輸入端；

自適應(yīng)濾波控制器接收Clark變換器給出的永磁伺服電機(jī)的交軸電流反饋信號iq.fb與直軸電流反饋信號id.fb以及來自永磁伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速角頻率信號ωs為輸入，采用自適應(yīng)濾波算法從中檢出指定多個(gè)已知頻率諧波成分的幅值與相位，生成輸出交軸電流iq.lms與直軸電流id.lms，分別注入交軸電流PI控制器與直軸電流PI控制器，通過抵消作用實(shí)現(xiàn)對扭矩諧波的抑制。

基于自適應(yīng)濾波的伺服電機(jī)力矩波動(dòng)控制方法，包括如下步驟，

步驟1，根據(jù)力矩波動(dòng)來源及其幅值選取自適應(yīng)濾波控制器的參考信號矢量，確定自適應(yīng)濾波控制器的階數(shù)；

步驟2，根據(jù)自適應(yīng)濾波控制器的輸入信號，采用自適應(yīng)濾波算法從中檢出指定多個(gè)已知頻率諧波成分的幅值與相位，通過參考信號矢量各權(quán)值迭代求解與多個(gè)已知頻率諧波成分對應(yīng)的自適應(yīng)濾波控制器的輸出信號；

步驟3，將輸出信號注入到對應(yīng)各軸電流環(huán)控制器，進(jìn)行諧波成分的抵消抑制，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的力矩波動(dòng)控制。