基于改进型dob和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑制方法
【专利摘要】本发明公开一种基于改进型DOB和高通滤波扭矩的弹性连接传动系统扭振抑制方法，其步骤如下：测量电机转速，在测速环节，加入一个低通滤波器；利用测量转矩电流和转速测量值通过改进型DOB观测得到扭矩；转矩电流乘以电流转矩比例系数得到电磁转矩，与转速测量值乘以观测器中的电机惯量相加，经过第二个低通滤波器，再与转速测量值乘以电机惯量的值做减法，得到扭矩观测值；将改进型DOB观测得到的扭矩经过高通滤波器和反馈增益后作为电磁转矩反馈补偿量，反馈回系统对电磁转矩进行微调，实现抑制扭振的效果。本发明可以更好的平衡扭振抑制效果和动态跟随性能，有效抑制转速测量噪声，对模型参数要求不高，对负载惯量变化不敏感，可靠性高，易于实现。
【专利说明】
基于改进型DOB和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑 制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种弹性连接传动系统扭振抑制方法，具体地是涉及一种基于改进型 D0B(disturbance observer，扰动观测器)和高通滤波扭矩的弹性连接传动系统扭振抑制 方法。
【背景技术】
[0002] 高性能的伺服系统广泛应用于运动控制中，如医疗影像设备、机器人、精密机床 等。因为在伺服驱动系统的机械传动部分经常使用传动轴，变速器，联轴器等传动装置连接 电机和负载，而实际传动装置并不是理想刚体，存在一定的弹性。当伺服系统带宽覆盖执行 机构固有机械谐振频率时，扭振频率信号得不到有效衰减，就会在系统中引发持续的机械 谐振-扭振，机械振荡除了形成噪声污染外，还会加大机械传动装置磨损，影响其使用寿命， 严重时会损坏弹性传动部件。另外，还会引发控制系统中的控制量振荡，使得闭环控制的稳 定性以及可调整性受到制约。因此，有效抑制扭振已经成为提高伺服驱动系统性能的重要 课题。目前在商业应用伺服产品中，基于陷波滤波器的被动扭振抑制方法被广泛应用，但是 存在相角滞后，动态性能也不好，由于陷波滤波器处在前向通道上，对负载变化引起的扭振 无效等问题。直接利用扭矩观测器根据扭矩微调电磁转矩给定进行扭振抑制，该方法虽能 有效抑制扭振，但对电机模型参数敏感，参数不准易引发系统不稳定。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于改进型DOB和扭矩 高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑制方法，该方法可以更好的平衡扭振抑制效果和动态 跟随性能，有效抑制转速测量噪声，对模型参数要求不高，对负载惯量变化不敏感，可靠性 尚，易于实现。
[0004] 为达到上述目的，本发明的构思是：在转速测量环节增加一个低通滤波环节来抑 制测量噪声，利用改进型DOB得到观测扭矩后经过高通滤波器和反馈增益作为电磁转矩反 馈补偿量。
[0005] 根据上述构思，本发明采用下述技术方案： 一种基于改进型DOB和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑制方法，具体步骤如 下： 1) 测量电机转速，在测速环节，利用一个低通滤波器，来抑制测量噪声带来的影响； 2) 利用测量转矩电流和转速测量值通过改进型DOB观测得到扭矩； 3) 转矩电流乘以电流转矩比例系数得到电磁转矩，与转速测量值乘以观测器中的电机 惯量相加，经过第二个低通滤波器，再与转速测量值乘以电机惯量的值做减法，得到扭矩观 测值； 4) 将改进型DOB观测得到的扭矩经过高通滤波器和反馈增益后，作为电磁转矩反馈补 偿量，对电磁转矩进行微调，实现抑制扭振。
[0006] 所述步骤3)中转速测量值分别经过两个相同的观测器中电机惯量和观测器带宽 相乘，构成一种伪微分结构。
[0007] 本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步： 本发明方法可以更好的平衡扭振抑制效果和动态跟随性能，有效抑制转速测量噪声， 对模型参数要求不高，对负载惯量变化不敏感，可靠性高，易于实现。
【附图说明】
[0008] 图1为基于改进型DOB和高通滤波扭矩的弹性连接传动系统扭振抑制系统控制框 图。
[0009] 图2为弹性连接下加入扭振抑制前后的扭矩仿真波形。
[0010] 图3为抑制测量噪声效果的电磁转矩仿真波形。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述。
[0012]如图1所示图1为基于改进型DOB和高通滤波扭矩的弹性连接传动系统扭振抑制系 统控制框图，包括:双闭环系统1、弹性连接系统2、扰动观测器D0B3和扭矩高通滤波环节4。 [0013 ] 所述双闭环系统1通过转速和电流两个PI调节器，Pmi发生模块和H桥电路以及电 流、转速反馈对驱动侧电机进行控制。所述弹性连接系统2由驱动侧电机，非理想刚体的弹 性连接轴和负载侧电机组成。
[0014] 基于改进型DOB和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑制方法具体步骤如 下： (1) 测量电机转速，在测速环节，利用一个截止频率为&的低通滤波器，来抑制测量噪 声带来的影响； (2) 利用测量转矩电流和转速测量值通过改进型DOB观测得到扭矩； (3) 转矩电流乘以电流转矩比例系数Kjk得到电磁转矩，与转速测量值碎《乘以观测器 中的电机惯量和观测器的带宽给^@相加，经过第二个低通滤波器，再与转速测量值乘 以电机惯量的值和观测器带宽做减法，得到扭矩观测值 (4) 将改进型DOB观测得到的扭矩经过时间常数为Td高通滤波器和反馈增益m后经过转 矩电流比例系数夂;作为电磁转矩反馈补偿量，反馈回系统对电磁转矩进行微调，实现抑制 扭振的效果。为转速测量噪声，m为反馈因子。 ???
[0015] (5)针对系统结构图1，忽略转速测量噪声，可以算出扭矩观测值的表达式为：
(1) (6)仿真中，为了模拟变频器输出谐波，t=2.5测·，在电磁转矩处额外加幅值 (额定转矩的2%)，频率为尤=的扰动激励电磁转矩。扭矩仿真波形如图2所示。
[0016] (7)为了验证对转速测量噪声抑制的有效性，仿真在如图I M处加入白噪声 ffi 环节来模拟实际转速测量中的噪声干扰，进行观察对比系统性能的影响如图3所示。
【主权项】
1. 一种基于改进型DOB和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑制方法，其特征在 于，具体步骤如下： 1) 测量电机转速，在测速环节，利用一个低通滤波器，来抑制测量噪声带来的影响； 2) 利用测量转矩电流和转速测量值通过改进型DOB观测得到扭矩； 3) 转矩电流乘以电流转矩比例系数得到电磁转矩，与转速测量值乘以观测器中的电机 惯量相加，经过第二个低通滤波器，再与转速测量值乘以电机惯量的值做减法，得到扭矩观 测值； 4) 将改进型DOB观测得到的扭矩经过高通滤波器和反馈增益后，作为电磁转矩反馈补 偿量，对电磁转矩进行微调，实现抑制扭振。2. 根据权利要求1所述的基于改进型DOB和扭矩高通滤波的弹性连接传动系统扭振抑 制方法，其特征在于，所述步骤3)中转速测量值分别经过两个相同的观测器中电机惯量和 观测器带宽相乘，构成一种伪微分结构。
【文档编号】H02P21/05GK105915138SQ201610277273
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月1日
【发明人】杨影, 黄锐, 余衍谱, 李之珂
【申请人】上海大学