本发明涉及一种电机控制方法。
背景技术:
当伺服系统的增益提高时,振动现象普遍存在于非刚性系统中,影响系统的控制精度。中国发明专利CN105375850A,提出了一种基于特殊的“峰值-带通滤波器”的振动抑制方法。可以对电机转速进行振动量的提取,并将振动量乘以一个振动补偿系数后,加算到速度给定指令中,该方法可以有效抑制机械系统的谐振。
但是,实际工程运用中,在某些低柔性的多质量机械系统场合,振动表现为在相同负载条件下,系统的振动频率随着控制增益的变化而变化,而非固定频率点的振动。在其频谱曲线上,并没有突出的谐振点。此时电机控制系统变的极易不稳定,电机控制器的增益的设置受限,从而使得系统响应性较差。在此工况下,使用该发明的控制方案,抑振效果不佳。针对此种工况,本发明设计了一种对特殊频率点微分控制的速度控制器,有效解决了以上这种由于控制系统不稳定带来的振动问题。
实际工程运用中,在某些柔性低的多质量机械系统场合,表现为在相同负载条件下,系统的振动频率随着控制增益的变化而变化,而非机械谐振引起的固定频率点的振动。此时电机控制系统极易变的不稳定,电机控制器的增益的设置受限,从而使得系统响应性较差。此时使用陷波滤波器等方案,会带来控制系统的滞后,使得控制系统更加不稳定,带来振动加剧的后果。传统速度控制器为比例-积分调节器(以下称为PI调节器),由于没有微分作用的存在,不能对控制信号进行提前预测,从而不能对误差做出快速响应。但如果加入微分控制,系统又容易振荡和带来微分噪声,参数难以调节。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题,在于克服现有技术存在的缺陷,提出了一种电机控制方法。在传统速度控制器中加入阻尼增益控制,在速度控制器中对特定的振动频率点实施微分控制。可以有效预测速度偏差中振动量的变化趋势,增加了系统对振动量的衰减作用,从而抑制振动。由于仅对系统振动频率点,进行阻尼增益控制,不存在直流量,故不会对速度环的响应造成影响。同时对干扰噪声不敏感,不会存在微分噪声问题。
本发明为了实现发明目的,所提出的技术方案是,一种电机控制方法,其步骤如下:
步骤1、电机速度偏差中的振动量提取及微分
首先采用峰值-带通滤波器,提取电机速度偏差中的振动量并作为微分控制的输入。其次,采用振动量提取及微分器将提取的振动量进行微分,得到电机速度偏差振动微分量。实际工程实现时,为了避免微分环节再一次带来相位变化及噪声问题,可以将带通滤波器和微分环节合并为振动量提取及微分器。
振动量提取中,采用的峰值-带通滤波器传递函数为:
其中:ωn为峰值-带通滤波器中心频率(单位rad/s),ξ为频带宽度系数,s为拉普拉斯变换算子。
振动量提取及微分器的传递函数为:
D(s)即为本发明所涉及的振动量提取及微分器的传递函数,幅值-频率特性见图1。
步骤2、相位调整
利用高通滤波器对电机速度偏差振动微分量进一步滤除直流量,利用低通滤波器进行相位调整。
步骤3、阻尼增益控制的实施
将相位调整后的速度偏差振动微分量,乘以阻尼增益,加算到速度控制器中。
本发明实施过程:对速度偏差进行振动分析,得到振动频率。根据分析结果设定振动量提取及微分器的中心频率和频带宽度系数。将速度偏差通过振动量提取及微分器,得到速度偏差振动微分量。将振动微分量通过一个高通滤波器和低通滤波器,进行直流量的去除和振动量相位的调整。将低通滤波器的输出乘以阻尼增益后,加算到PI调节器的输出中,得到新的电流指令。
本发明方法在传统速度控制器中加入阻尼增益控制,该阻尼增益控制方法为在速度控制器中,采用一个振动量提取及微分器,对特定的振动频率点实施微分控制。有效预测速度偏差中振动量的变化趋势,增加系统对振动量的衰减作用,从而抑制振动。由于仅对系统振动频率点,进行阻尼增益控制,不存在直流量,故不会对速度环的响应造成影响。同时对干扰噪声不敏感,不会存在微分噪声问题。
附图说明
图1是本发明方法中,振动量提取及微分器的幅频特性。
图2是本发明方法实施例电气硬件设备结构示意框图。
图3是未使用本发明方法抑制振动的电机速度波形图。
图4、使用本发明方法抑制振动的电机速度波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明方法作进一步详细说明。
一般伺服系统为三环控制系统,即存在位置环、速度环以及电流环三个控制环路,本发明不涉及到位置环控制,为了简便,在本实施例中省去位置环。本发明用于振动抑制实施方法如下,控制框图如图2所示,其中,振动量提取及微分器中的峰值-带通滤波器在中国发明专利CN105375850A中已有详细描述。
由给定电机转速ωref减去电机速度ωm得到电机速度偏差ωe。速度偏差ωe在经过PI调节器调整后得到电流指令iqr。对速度偏差ωe进行振动分析,得到振动频率fm(fm单位为Hz)。设定振动量提取及微分器(峰值-带通滤波器)中心频率ωn为fm/2π,频带宽度系数ξ=0.2。将速度偏差ωe通过振动量提取及微分器,得到速度偏差ωe的振动微分量将振动微分量通过一个高通滤波器,进一步滤除直流量。将高通滤波器的输出经过一个低通滤波器器,进行振动量相位的调整。将低通滤波器的输出乘以阻尼增益Kd后,加算到PI调节器的输出iqr中,得到新的电流指令iqr'。
具体实施步骤如下:
1、将给定电机速度ωref减去电机速度ωm得到速度偏差ωe。
2、速度偏差ωe经过PI调节器调整后,得到电流指令iqr。
3、对速度偏差ωe进行振动情况分析,得到振动频率fm(fm单位为Hz)。
4、根据实际系统振动频率的情况设定振动量提取及微分器中心频率ωn和频带宽度系数ξ。设定振动量提取及微分器的中心频率ωn为fm/2π,频带宽度系数ξ=0.2。
5、将速度偏差ωe通过振动量提取及微分器,得到速度偏差ωe的振动微分量
6、将振动微分量通过一个高通滤波器,进一步滤除直流量。
7、将高通滤波器的输出经过一个低通滤波器器,进行振动量相位的调整。
8、将低通滤波器的输出乘以阻尼增益Kd后,得到微分控制量iqd。
9、将微分控制量iqd加算到PI调节器的输出iqr中,得到新的电流指令iqr'。
本发明有益效果如图3和图4所示,图3表示不使用本发明振动抑制控制算法时的电机转速波形,电机转速波形出现振荡现象,且振荡幅值越来越大,最终发散。图4表示使用本发明振动抑制控制算法时的电机转速波形,电机转速波形未出现振荡,系统达到稳定状态。可见利用本发明,可有效抑制由于控制系统不稳定带来的振动现象。