[發(fā)明專(zhuān)利]一種自適應(yīng)濾波器、自適應(yīng)濾波方法及伺服控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810245795.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108303899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧永停;李洪文;王帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發(fā)明提供的自適應(yīng)濾波器、自適應(yīng)濾波方法以及伺服控制系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)緩存器存儲(chǔ)伺服控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速誤差數(shù)據(jù)，其中，所述數(shù)據(jù)緩存器包括多個(gè)數(shù)據(jù)緩存數(shù)組，采用快速傅里葉變換算法對(duì)所述數(shù)據(jù)緩存器中的轉(zhuǎn)速誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析得到快速傅里葉變換分析結(jié)果，將所述快速傅里葉變換單元得到的所述快速傅里葉變換分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)至幅值存儲(chǔ)器，其中，所述幅值存儲(chǔ)數(shù)組與所述數(shù)據(jù)緩存數(shù)組的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)，所述快速傅里葉變換分析結(jié)果中包括頻域數(shù)據(jù)的幅值和對(duì)應(yīng)的頻率，利用頻域帶寬搜索單元對(duì)所述幅值存儲(chǔ)器內(nèi)的所述快速傅里葉變換分析結(jié)果進(jìn)行處理得到自適應(yīng)濾波器的參數(shù)，滿(mǎn)足伺服控制系統(tǒng)快速響應(yīng)、高精度定位的需要，實(shí)現(xiàn)了伺服控制系統(tǒng)在變諧振條件下的穩(wěn)定運(yùn)行，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種自適應(yīng)濾波器、自適應(yīng)濾波方法及伺服控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

伺服控制系統(tǒng)的帶寬和開(kāi)環(huán)增益受限于機(jī)械機(jī)構(gòu)的諧振頻率。機(jī)械系統(tǒng)的柔性耦合連接使得力矩傳送過(guò)程中必然存在固有的諧振頻率。在諧振頻率的附近區(qū)域，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性十分不穩(wěn)定，并且機(jī)械振動(dòng)的幅值會(huì)隨著控制系統(tǒng)的增益而變化。機(jī)械振動(dòng)幅值過(guò)大，會(huì)損壞伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。

為了減弱機(jī)械諧振對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響，通常采取以下兩種方法：1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中增加機(jī)械的傳動(dòng)剛度，以提高系統(tǒng)的諧振頻率；2)軟件設(shè)計(jì)濾波器，減小結(jié)構(gòu)諧振頻率處的振幅。對(duì)于成本控制嚴(yán)格的工業(yè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，提高傳動(dòng)剛度意味著更高的成本和更大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此，通常采用方法2，即設(shè)計(jì)濾波器，來(lái)提高伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)前，系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制的研究大都基于固定的諧振頻率值，濾波器通常采用離線(xiàn)設(shè)計(jì)方法。然而，當(dāng)系統(tǒng)的諧振頻率變化時(shí)，基于離線(xiàn)設(shè)計(jì)方法將導(dǎo)致控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)能夠在線(xiàn)自動(dòng)辨識(shí)系統(tǒng)諧振頻率的自適應(yīng)濾波器具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自適應(yīng)濾波器、自適應(yīng)濾波方法及伺服控制系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)濾波器，包括頻域帶寬監(jiān)視器，所述頻域帶寬監(jiān)視器包括：

數(shù)據(jù)緩存器，包括多個(gè)數(shù)據(jù)緩存數(shù)組，用于存儲(chǔ)伺服控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速誤差數(shù)據(jù)；

快速傅里葉變換單元，用于采用快速傅里葉變換算法對(duì)所述數(shù)據(jù)緩存器中的轉(zhuǎn)速誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析得到快速傅里葉變換分析結(jié)果；

幅值存儲(chǔ)器，包括多個(gè)幅值存儲(chǔ)數(shù)組，用于將所述快速傅里葉變換單元得到的所述快速傅里葉變換分析結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，其中，所述幅值存儲(chǔ)數(shù)組與所述數(shù)據(jù)緩存數(shù)組的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)，所述快速傅里葉變換分析結(jié)果中包括頻域數(shù)據(jù)的幅值和對(duì)應(yīng)的頻率；

頻域帶寬搜索單元，用于對(duì)所述幅值存儲(chǔ)器內(nèi)的所述快速傅里葉變換分析結(jié)果進(jìn)行處理得到自適應(yīng)濾波器的參數(shù)。

作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述數(shù)據(jù)緩存器包括4個(gè)數(shù)據(jù)緩存數(shù)組，所述幅值存儲(chǔ)器包括4個(gè)幅值緩存數(shù)組。

作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述數(shù)據(jù)緩存器中的轉(zhuǎn)速誤差數(shù)據(jù)的頻譜P_uu(ω)為

其中，Ui*(ω)為輸入數(shù)據(jù)Ui(ω)的共軛，T＝nts表示每段數(shù)據(jù)總的采樣時(shí)間，ts表示數(shù)據(jù)采樣周期。

作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，每個(gè)數(shù)據(jù)緩存數(shù)組包含1024個(gè)字節(jié)，在轉(zhuǎn)速采樣周期為200μs的條件下，所述數(shù)據(jù)緩存器的數(shù)據(jù)更新周期為819.2ms。

作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述頻域帶寬搜索單元對(duì)所述幅值存儲(chǔ)器內(nèi)的所述快速傅里葉變換分析結(jié)果進(jìn)行頻域帶寬搜索得到轉(zhuǎn)速信號(hào)的諧振頻率和諧振的帶寬，獲得自適應(yīng)濾波器的傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：