[發(fā)明專(zhuān)利]基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210069404.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114400948A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧少武;常賀;周鳳星;馬婭婕;嚴(yán)保康;但峰;寧博文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P23/04
• 分類(lèi)號(hào): H02P23/04;H02P23/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專(zhuān)利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，通過(guò)改進(jìn)BFGS迭代優(yōu)化算法，能自動(dòng)調(diào)節(jié)陷波器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)抑制機(jī)械諧振，包括如下步驟：建立機(jī)械諧振模型，在伺服系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器后面加入陷波器，利用改進(jìn)BFGS迭代優(yōu)化算法最小化速度誤差的代價(jià)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)陷波器參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而完成對(duì)機(jī)械諧振的在線(xiàn)抑制。當(dāng)機(jī)械諧振頻率發(fā)生變化或者與陷波器的中心點(diǎn)頻率不一致時(shí)，傳統(tǒng)的自適應(yīng)陷波器會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，本發(fā)明與傳統(tǒng)的自適應(yīng)陷波器相比，有效地避免此種情況的出現(xiàn)，可以快速地調(diào)整陷波器的參數(shù)，實(shí)時(shí)抑制機(jī)械諧振，提高伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交流伺服控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法。

背景技術(shù)

交流伺服系統(tǒng)以其穩(wěn)定性好、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于很多領(lǐng)域。然而，機(jī)械諧振會(huì)限制伺服系統(tǒng)的增益和帶寬，進(jìn)而影響系統(tǒng)的控制精度和控制性能，對(duì)機(jī)械裝置造成損壞，甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。傳統(tǒng)的抑制機(jī)械諧振方法是對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使諧振頻率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)帶寬，但是成本過(guò)高而且實(shí)施比較困難。近年來(lái)抑制機(jī)械諧振的主要手段包括主動(dòng)抑制和被動(dòng)抑制。目前最常用的方法還是被動(dòng)抑制，在系統(tǒng)速度環(huán)中加入陷波器來(lái)降低諧振頻率下的系統(tǒng)增益。

為了有效的抑制機(jī)械諧振，離線(xiàn)情況下適當(dāng)設(shè)置陷波器的中心點(diǎn)頻率、深度和寬度等參數(shù)尤為重要。但是在實(shí)際工程中，由于受到電氣參數(shù)變化、負(fù)載慣性和轉(zhuǎn)矩時(shí)變等復(fù)雜工況的影響，離線(xiàn)設(shè)置的陷波器的參數(shù)并不能實(shí)時(shí)匹配其固有的特性，而且抑制效果也不好，甚至諧振會(huì)更加嚴(yán)重。因此，為了提高伺服控制性能和智能化水平，需要對(duì)陷波器參數(shù)進(jìn)行自整定。現(xiàn)有技術(shù)中采用了一種基于插值快速傅里葉變換和改進(jìn)的ANF的自適應(yīng)頻率估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)諧振信號(hào)的快速估計(jì)，但它依賴(lài)于FFT頻率檢測(cè)的速度。現(xiàn)有技術(shù)中采用了提出一種改進(jìn)的增強(qiáng)型鎖相環(huán)，改進(jìn)自適應(yīng)陷波濾波器在阻尼振蕩分析中的應(yīng)用，估計(jì)振幅、相角、頻率和阻尼因子，仿真結(jié)果驗(yàn)證解析推導(dǎo)和性能，但精度有待提高。現(xiàn)有技術(shù)中采用了給出與估計(jì)頻率和實(shí)際頻率之差成比例的動(dòng)態(tài)行為，這允許選擇與諧振頻率值無(wú)關(guān)的估計(jì)參數(shù)，改進(jìn)后的算法在抑制低頻和高頻共振方面效果明顯，但算法收斂速度有待提高。

鑒于以上抑制方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明擬采用基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法。其通過(guò)改進(jìn)BFGS迭代優(yōu)化算法，以最小化速度誤差的代價(jià)函數(shù)為目的，可自動(dòng)調(diào)節(jié)陷波器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)抑制機(jī)械諧振。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)BFGS自適應(yīng)陷波器的交流伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振抑制方法，該方法包括以下步驟：

S1、獲取伺服系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)伺服系統(tǒng)建立機(jī)械諧振模型；

S2、在伺服系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器后面加入三參數(shù)陷波器，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理，陷波器采用雙線(xiàn)性變化法設(shè)計(jì)；

S3、對(duì)伺服系統(tǒng)的輸入和輸出進(jìn)行采樣，得出由速度誤差和陷波器參數(shù)組成的代價(jià)函數(shù)，提出改進(jìn)BFGS迭代優(yōu)化算法最小化速度誤差的代價(jià)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)陷波器參數(shù)，完成在線(xiàn)抑制機(jī)械諧振。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S1中的具體方法為：

伺服系統(tǒng)帶彈性負(fù)載的機(jī)械部分包括：伺服電機(jī)、傳動(dòng)裝置和負(fù)載，其中傳動(dòng)裝置將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給負(fù)載，從而控制負(fù)載的運(yùn)動(dòng)達(dá)到系統(tǒng)的要求；

伺服電機(jī)的機(jī)械方程為：

其中，J_m為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω_m為電機(jī)轉(zhuǎn)速，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩，T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，B_m為阻尼系數(shù)，t為時(shí)間；