一种伺服驱动系统用的滤波装置和伺服驱动系统的制作方法

本发明属于伺服驱动系统，具体涉及一种伺服驱动系统用的滤波装置和伺服驱动系统，尤其涉及一种基于fpga的自适应陷波滤波器系统和伺服驱动系统。

背景技术：

1、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，通常会在伺服驱动系统中引发机械谐振，在信号中产生噪声。由于伺服驱动系统动态性能的不断提升，原本被忽略的传动装置中弹性部件的影响越发显著。特别针对中高压大功率电机驱动系统，如果谐振抑制不当将产生断轴等严重事故，后果非常严重。

2、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种伺服驱动系统用的滤波装置和伺服驱动系统，以解决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，但传动装置会在伺服驱动系统中引发机械谐振，在信号中产生噪声，如果谐振抑制不当将产生断轴等严重事故的问题，达到通过结合lms自适应算法、频域变化法，采用fir滤波器与lms自适应算法相结合的方式设计自适应陷波滤波器进行在线机械谐振抑制，实现对机械谐振的有效抑制的效果。

2、本发明提供一种伺服驱动系统用的滤波装置中，所述伺服驱动系统具有机械传动部分，所述机械传动部分具有传动装置，所述传动装置在所述伺服驱动系统中会引发机械谐振而产生噪声信号，记为输入噪声信号；所述伺服驱动系统用的滤波装置的所有算法，均在fpga中执行；所述伺服驱动系统用的滤波装置，包括：噪声信号频率分析模块、参考信号生成模块、lms算法拟合噪声模块和信号滤波模块；其中，所述噪声信号频率分析模块，用于调用所述fpga中fft功能相关的ip核，进行所述输入噪声信号的fft变化后，确定所述输入噪声信号的特征频率；所述参考信号生成模块，用于基于预设的参考信号拟合正余弦信号，根据所述输入噪声信号的特征频率产生原始的参考频率信号；所述lms算法拟合噪声模块，用于基于所述原始的参考频率信号、以及原始输入信号进行噪声信号的拟合，生成最终的噪声信号；所述信号滤波模块，用于同步处理所述最终的噪声信号、以及所述原始输入信号，得到有用信号，以对所述伺服驱动系统的机械传动部分的传动装置引发的机械谐振进行抑制。

3、在一些实施方式中，所述伺服驱动系统用的滤波装置，还包括：噪声信号输入模块和原始信号输入模块；其中，所述噪声信号输入模块，用于获取所述传动装置在所述伺服驱动系统中会引发机械谐振而产生的噪声信号，记为输入噪声信号，并输入至所述噪声信号频率分析模块；所述原始信号输入模块，用于获取所述原始输入信号，并分别输入至所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块。

4、在一些实施方式中，所述噪声信号输入模块，包括：振动传感器和ad转换芯片；所述噪声信号输入模块，获取所述传动装置在所述伺服驱动系统中会引发机械谐振而产生的噪声信号，记为输入噪声信号，包括：所述振动传感器，用于采集所述传动装置在所述伺服驱动系统中引发的机械谐振的振动信号；所述ad转换芯片，用于对所述振动传感器采集到的振动信号进行ad转换后，得到所述传动装置在所述伺服驱动系统中引发的机械谐振而产生的噪声信号，记为输入噪声信号。

5、在一些实施方式中，所述原始信号输入模块，包括：用于进行数字信号或模拟信号的检测和ad转换的第一接口，以获取所述原始输入信号，并分别输入至所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块。

6、在一些实施方式中，还包括：信号输出模块；所述信号输出模块，包括：具有不同传输方式的第二接口，用于对所述信号滤波模块得到的有用信号进行输出，以对所述伺服驱动系统的机械传动部分的传动装置引发的机械谐振进行抑制。

7、在一些实施方式中，所述信号输出模块，还用于将所述信号滤波模块得到的有用信号反馈至所述lms算法拟合噪声模块，以形成闭环反馈，实现对所述伺服驱动系统用的滤波装置输出的实时调节。

8、在一些实施方式中，所述噪声信号频率分析模块和所述参考信号生成模块，共同构成噪声频率提取模块；所述噪声频率提取模块，采用并行调用的方式，对各并行组的输入噪声信号进行fft转换；所述lms算法拟合噪声模块中的lms算法，是采用梯度算法对lms算法进行简化后的算法，记为简化算法；该简化算法如下：

9、

10、其中，yz(n)、xz(n)分别代表的是输出信号和输入信号，wz(n)代表的是系数向量；ez(n)代表的是误差信号，该误差信号由期望输出信号与实际输出信号的差值得到；dz(t)代表的是参考信号，sign()是符号函数；μ表示迭代步长，为根据算法的收敛速度设定的正的常量。

11、在一些实施方式中，所述信号滤波模块，采用fir滤波器；所述fpga自带有nco核。

12、在一些实施方式中，所述噪声信号频率分析模块、所述参考信号生成模块、所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块采用模块化设计，由第一模块、第二模块和第三模块实现；其中，所述第一模块，用于实现所述噪声信号频率分析模块的功能；所述第二模块，用于实现所述参考信号生成模块的功能；所述第三模块，用于实现所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块的功能。

13、与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种伺服驱动系统，包括：以上所述的伺服驱动系统用的滤波装置。

14、由此，本发明的方案，通过设置噪声信号频率分析模块、参考信号生成模块、lms算法拟合噪声模块和信号滤波模块，其中：利用噪声信号频率分析模块，在fpga中用于fft功能相关的ip核的调用，并进行输入噪声信号的fft变换，确定输入噪声信号的特征频率；参考信号生成模块，基于预设的参考信号拟合正余弦信号，根据输入噪声信号的特征频率产生原始的参考频率信号；lms算法拟合噪声模块，基于原始的参考频率信号、以及原始输入信号进行噪声信号的拟合，生成最终的噪声信号；信号滤波模块，采用fir滤波器，同步处理噪声信号和原始输入信号，以得到有用信号；从而，通过结合lms自适应算法、频域变化法，采用fir滤波器与lms自适应算法相结合的方式设计自适应陷波滤波器进行在线机械谐振抑制，实现对机械谐振的有效抑制。

15、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述伺服驱动系统具有机械传动部分，所述机械传动部分具有传动装置，所述传动装置在所述伺服驱动系统中会引发机械谐振而产生噪声信号，记为输入噪声信号；所述伺服驱动系统用的滤波装置的所有算法，均在fpga中执行；所述伺服驱动系统用的滤波装置，包括：噪声信号频率分析模块、参考信号生成模块、lms算法拟合噪声模块和信号滤波模块；其中，

2.根据权利要求1所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述伺服驱动系统用的滤波装置，还包括：噪声信号输入模块和原始信号输入模块；其中，

3.根据权利要求2所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述噪声信号输入模块，包括：振动传感器和ad转换芯片；

4.根据权利要求2所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述原始信号输入模块，包括：用于进行数字信号或模拟信号的检测和ad转换的第一接口，以获取所述原始输入信号，并分别输入至所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块。

5.根据权利要求1所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，还包括：信号输出模块；

6.根据权利要求5所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述信号输出模块，还用于将所述信号滤波模块得到的有用信号反馈至所述lms算法拟合噪声模块，以形成闭环反馈，实现对所述伺服驱动系统用的滤波装置输出的实时调节。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述噪声信号频率分析模块和所述参考信号生成模块，共同构成噪声频率提取模块；所述噪声频率提取模块，采用并行调用的方式，对各并行组的输入噪声信号进行fft转换；

8.根据权利要求1至6中任一项所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述信号滤波模块，采用fir滤波器；所述fpga自带有nco核。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的伺服驱动系统用的滤波装置，其特征在于，所述噪声信号频率分析模块、所述参考信号生成模块、所述lms算法拟合噪声模块和所述信号滤波模块采用模块化设计，由第一模块、第二模块和第三模块实现；其中，

10.一种伺服驱动系统，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的伺服驱动系统用的滤波装置。

技术总结
本发明公开了一种伺服驱动系统用的滤波装置和伺服驱动系统，该装置包括：噪声信号频率分析模块，调用FPGA中FFT功能相关的IP核，进行输入噪声信号的FFT变化后，确定输入噪声信号的特征频率；参考信号生成模块，拟合正余弦信号，根据输入噪声信号的特征频率产生原始的参考频率信号；LMS算法拟合噪声模块，基于原始的参考频率信号、以及原始输入信号进行噪声信号的拟合，生成最终的噪声信号；信号滤波模块，同步处理最终的噪声信号、以及原始输入信号，得到有用信号。该方案，通过结合LMS自适应算法、频域变化法，采用FIR滤波器与LMS自适应算法相结合的方式设计自适应陷波滤波器，实现对机械谐振的有效抑制。

技术研发人员：张劲,李慧颖,尤依怡,官鹏飞,区均灌
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21