[發(fā)明專利]基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與改進(jìn)型陷波器的在線諧振抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210270210.7
• 申請(qǐng)日: 2022-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN114710081B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘華勇;段漢松;甄圣超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/05
• 分類號(hào): H02P21/05;H02P21/13
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 吳娜

本發(fā)明涉及一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與改進(jìn)型陷波器的在線諧振抑制方法，該方法包括下列順序的步驟：建立雙慣量傳動(dòng)裝置模型；在雙慣量傳動(dòng)裝置模型的基礎(chǔ)上增加二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；在增加了二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的雙慣量傳動(dòng)裝置模型的基礎(chǔ)上，加入改進(jìn)型陷波濾波器，得到改進(jìn)后的陷波中心頻率、改進(jìn)后的陷波帶寬和陷波深度，以及諧振頻率fsubgt;0/subgt;；將諧振頻率fsubgt;0/subgt;輸入改進(jìn)型陷波濾波器進(jìn)行在線諧振抑制。本發(fā)明中的二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器能對(duì)外部干擾和不確定性進(jìn)行實(shí)時(shí)的估計(jì)，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的抗干擾能力；本發(fā)明中的改進(jìn)型陷波濾波器在全頻段中皆可以有效工作，避免當(dāng)中心陷波頻率接近奈奎斯特頻率時(shí)，陷波濾波器變得不準(zhǔn)確。

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，尤其是一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與改進(jìn)型陷波器的在線諧振抑制方法。

背景技術(shù)

伺服系統(tǒng)作為智能裝備上的關(guān)鍵一環(huán)，其控制精度和穩(wěn)定性的好壞直接制約著整個(gè)系統(tǒng)的性能提升。交流伺服系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固有特性會(huì)引起機(jī)械諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性嚴(yán)重下降，極大影響控制質(zhì)量。因此，對(duì)工業(yè)伺服系統(tǒng)的振動(dòng)抑制方法進(jìn)行研究，對(duì)于提升智能裝備的性能具有重要意義。

傳統(tǒng)擾動(dòng)觀測(cè)器通過觀測(cè)環(huán)路擾動(dòng)量對(duì)外部擾動(dòng)進(jìn)行抑制，采集電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速反饋實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)補(bǔ)償，能夠起到不錯(cuò)的抑振效果。然而，對(duì)于雙慣量系統(tǒng)的低頻振動(dòng)現(xiàn)象，由于剛性系數(shù)和系統(tǒng)慣量比的影響，系統(tǒng)柔性特征加劇，擾動(dòng)組成更加復(fù)雜，電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)速不一致，從而導(dǎo)致負(fù)載出現(xiàn)大幅度的低頻振蕩。傳統(tǒng)擾動(dòng)觀測(cè)器的結(jié)構(gòu)無法考慮到伺服系統(tǒng)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化所帶來的影響，這使得觀測(cè)器無法適應(yīng)電機(jī)慣量變化等內(nèi)部擾動(dòng)，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠消除內(nèi)外擾動(dòng)帶來的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力，同時(shí)提高伺服系統(tǒng)的在線諧振抑制能力和機(jī)械設(shè)備的使用壽命的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與改進(jìn)型陷波器的在線諧振抑制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與改進(jìn)型陷波器的在線諧振抑制方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)建立雙慣量傳動(dòng)裝置模型；

(2)在雙慣量傳動(dòng)裝置模型的基礎(chǔ)上增加二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；

(3)在增加了二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的雙慣量傳動(dòng)裝置模型的基礎(chǔ)上，加入改進(jìn)型陷波濾波器，得到改進(jìn)型陷波濾波器的三個(gè)參數(shù)：改進(jìn)后的陷波中心頻率、改進(jìn)后的陷波帶寬和陷波深度，以及諧振頻率f₀；

(4)將諧振頻率f₀輸入改進(jìn)型陷波濾波器進(jìn)行在線諧振抑制。

在步驟(1)中，所述雙慣量傳動(dòng)裝置模型為：

其中，J_M、J_L分別為電機(jī)、負(fù)載的慣量，K_s為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度系數(shù)，T_E、T_L、T_W分別為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變時(shí)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，b_M、b_L、b_S分別為電機(jī)、負(fù)載和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼系數(shù)，電機(jī)、負(fù)載的角度和角速度分別用θ_M、w_M和θ_L、w_L表示；電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到負(fù)載轉(zhuǎn)軸，將驅(qū)動(dòng)器電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為負(fù)載力矩，驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。

在步驟(2)中，所述二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：