CN101454969B - 伺服控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种伺服控制装置，该伺服控制装置能抑制干扰、负荷变动等的不良影响，并能实现稳健而高性能的速度控制。该装置包括以下两种观测器：干扰观测器(5)，用于将从转矩指令T^*和电动机旋转速度ω_m所计算出的干扰补偿转矩T_f加算到由PI控制部分(2)基于速度指令ω^*和反馈速度ω_f所计算出的转矩指令的基本信号T₀ ^*，从而输出转矩指令T^*；以及相位超前补偿观测器(6)，用于从转矩指令的基本信号T₀ ^*和电动机旋转速度ω_m产生用作不会出现延迟的要素的标称设备(61)的输出，从而输出所述输出作为反馈速度ω_f。

Description

伺服控制装置

技术领域

本发明涉及用于在惯量变动很大的负荷机上执行反馈驱动控制的伺服控制装置。

背景技术

常规伺服装置的速度控制是通过反馈电动机的旋转速度和使用PI控制进行的，且有必要确切知道包括电动机转子的机械可动部分的总惯量，以实现良好的控制性能。然而，当负荷机的惯量变动或者估计误差很大时，控制系统的开路增益被大大改变，且因此，该控制系统的特性被明显改变，这就使得不可能实现稳健而高性能的控制。

在第一传统技术中，使用因能够抑制干扰、参数变化等而公知的干扰观测器(例如，参见非专利文献1)。图3是示出了在其中使用第一传统技术的伺服控制装置的结构的框图。在此图中，4表示包括电动机转子和负荷机的实际设备，并示出了从转矩指令到电动机的旋转速度的传递函数。此外，5表示包括标称设备的逆系统53和第一低通滤波器52的干扰观测器。另外，2表示PI控制部分。

此外，ω^*表示速度指令，ω_m表示电动机旋转速度，T^*表示转矩指令，T₀ ^*表示转矩指令的基本信号，T_f表示干扰补偿转矩，J表示实际设备惯量，J_n表示标称设备惯量，而s表示拉普拉斯算子(Laplacianoperator)。

接下来，将描述工作原理。为了简单起见，将第一低通滤波器52定义为由等式(1)表示的初级(primary)低通滤波器。

[函数1]

$L_1\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{1}s}---\left(1\right)$

在此等式中，T₁表示第一低通滤波器的时间常数。如果要确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机旋转速度ω_m的等效控制对象的传递函数G_o(s，J)，则该传递函数将由等式(2)表示。

[函数2]

$G_o(s,J)=\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(s\right)}{T_0^{*}\left(s\right)}=\frac{1+T_{1}s}{1+(J/J_n)T_{1}s}\·\frac{1}{J_{n}s}---\left(2\right)$

此外，将由等式(3)表示等效低通滤波器。

[函数3]

$L_o(s,J)=\frac{1+T_{1}s}{1+(J/J_n)T_{1}s}---\left(3\right)$

因此，可将图3所示的控制系统改绘为如图4所示。根据等式(3)和图4，如果将T₁设定为足够小的值，则可忽略该等效低通滤波器的影响；因此，由于等效控制对象G_o(s，J)和标称设备P_n(s)在低频率范围内具有基本类似的频率特性，尽管改变了惯量，以下特性相对于指令还是保持不变。

在第二传统技术中，使用相位超前补偿观测器来补偿延迟要素的相位延迟，本申请人已提出了该方法(例如，参见专利文献1)。图5是示出了在第二传统技术中使用的伺服控制装置的结构的框图。在此图中，9表示包括实际低通滤波器3和实际设备4的实际控制对象，而6表示相位超前补偿观测器，其包括：由标称设备61、第二低通滤波器62构成的观测器控制对象60；以及观测补偿器63。此外，对应于图3所示的那些元件用相同的附图标记表示，且省略了对它们的描述。

接下来，将描述工作原理。在该实际控制对象中，实际低通滤波器3的输出被输入到实际设备4，而在观测器控制对象60中，标称设备61的输出被输入到第二低通滤波器62。因此，当满足L₂(s)＝L(s)和J_n＝J时，第二低通滤波器62的输出ω_o用作电动机旋转速度ω_m的估计速度；因此ω_p用作达到第二低通滤波器相对于电动机旋转速度ω_m而延迟的相位量的相位超前，其中ω_p是第二低通滤波器62的输入。从而，当没有相位超前补偿观测器时，如果将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，就消除了由实际低通滤波器3的相位延迟所导致的控制性能恶化的问题。

【非专利文献1】T.IEE Japan，Vol.117-C，No.12，1997，p.1776-1781

【专利文献1】JP-A-2002-182705

发明内容

【本发明要解决的问题】

然而，在第一传统技术中，由于所观测到的电动机旋转速度通过标称设备的逆系统被反馈到转矩指令，因此与使用常规PI控制的情况相比，所测量的噪声影响将很大。尤其是当负荷机的惯量很小时，该影响很大。为了相对于所测量的噪声而增强滤波特性，也就是说，为了改善噪声去除特性，有必要根据负荷机惯量很小的情况将第一低通滤波器的时间常数设定为较大的值。另一方面，如果根据负荷机惯量很小的情况来设定第一低通滤波器的时间常数，当负荷机的惯量增加时，则在反馈控制系统中就会存在具有大的相位延迟的延迟要素；因此，就不能提高PI控制的增益且不能改善控制特性。因此，就存在不可能同时实现稳健特性和噪声去除特性的缺点。

此外，在第二传统技术中，可以在观测器控制对象和实际控制对象在低频范围内具有基本类似的频率特性的前提下来补偿反馈控制系统中的相位延迟。当负荷机的惯量明显改变时，标称设备的惯量可能会大大偏离实际设备，且在这种情况下，由于相位超前补偿观测器的估计速度大大偏离电动机的旋转速度，则存在使输入-输出特性恶化的问题。

因此，本发明是鉴于这些问题做出的，且其目的是提供一种伺服控制装置。该伺服控制装置能将噪声的影响保持在容许的范围内，能抑制干扰、负荷变动等的不良影响，并能通过将干扰观测器与相位补偿观测器相结合来实现稳健而高性能的速度控制。

【问题解决方案】

为了解决上述问题，本发明提供一种伺服控制装置。该伺服控制装置使电动机旋转速度能跟随速度指令。其中，将干扰观测器和相位超前补偿观测器并入到常规PI控制系统中。设定干扰观测器的低通滤波器的时间常数，使得当实际设备的惯量被最小化时满足噪声去除特性。将干扰观测器的低通滤波器的时间常数确定为通过将干扰观测器的低通滤波器的时间常数与实际设备的惯量最大值和标称设备的惯量之间的比率相乘而获得的值。而且，将相位超前估计速度定义为反馈速度，该相位超前估计速度用作等于或大于由等效低通滤波器相对于电动机旋转速度而延迟的相位量的相位超前。

【发明效果】

在本发明中，通过使用干扰观测器来抑制干扰、负荷变动等的不良影响，并通过并入相位超前补偿观测器来补偿反馈控制系统中的相位延迟，从而使得有可能实现稳健而高性能的速度控制。

附图说明

图1是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第一实施例。

图2是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第二实施例。

图3是示出了在其中使用第一传统技术的伺服控制装置的结构的框图。

图4是图3的等效框图。

图5是示出了在其中使用第二传统技术的伺服控制装置的结构的框图。

图6是图1、图2、图10到图12的等效框图。

图7是示出了在其中使用常规的PI控制的伺服控制装置而获得的模拟结果的图。

图8是示出了在其中使用第一传统技术的伺服控制装置而获得的模拟结果的图。

图9是示出了在其中使用本发明技术的伺服控制装置而获得的模拟结果的图。

图10是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第三实施例。

图11是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第四实施例。

图12是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第五实施例。

【附图标记描述】

1、51、64、65 减法器

2  PI控制部分

3  实际低通滤波器

4  实际设备

5  干扰观测器

52 第一低通滤波器

53 标称设备的逆系统

54 加法器

55 第三低通滤波器

6  相位超前补偿观测器

60 观测器控制对象

61 标称设备

62 第二低通滤波器

63 观测补偿器

7 等效低通滤波器

8 等效控制对象

9 实际控制对象

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。

【实施例1】

图1是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第一实施例，其中，对应于图3和图5所示的那些元件的各个元件由相同的附图标记表示，且省略对它们的描述。此外，J_m表示实际设备的惯量J的最小值，而J_M表示其最大值。通过将第一传统技术与第二传统技术巧妙地组合来提供本发明。

在下文中，将描述本发明的控制装置的工作原理及构造方法。

如果类似于上述第一传统技术的描述来确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机的旋转速度ω_m的等效控制对象8的传递函数G_o(s，J)，则可将图1所示的控制系统改绘为如图6所示。在这种情况下，等效控制对象8的惯量已经变成了为常量值的标称惯量J_n。尽管等效低通滤波器L_o(s，J)的时间常数根据如等式(3)所示的实际设备的惯量J变化，但是观测器控制对象G_n(s)和等效控制对象G_o(s，J)在低频范围内还是具有基本类似的频率特性。

当实际设备的惯量J已变成最小值J_m时，如果J_n>J_m，则根据等式(3)和图6，等效低通滤波器L_o(s，J)已变成串联相位超前元件，且因此可能出现高频振荡。为解决此问题，如下地定义标称惯量J_n：

J_n≤J_m          (4)

此外，由于此时测量噪声的影响最大，第一低通滤波器L₁(s)的时间常数尽可能设定为最小值，使得满足噪声去除特性。

当实际设备的惯量J已变成最大值J_M时，由等式(5)表示该等效低通滤波器。

[函数4]

$L_o(s,J_M)=\frac{1+T_{1}s}{1+(J_M/J_n)T_{1}s}---\left(5\right)$

在这种情况下，由于等效低通滤波器的相位延迟最大，因此由等式(6)表示第二低通滤波器L₂(s)。

[函数5]

$L_2\left(s\right)=L_o(s,J_M)=\frac{1+T_{1}s}{1+(J_M/J_n)T_{1}s}---\left(6\right)$

因此，相对于所有的实际设备惯量J，L_o(s，J)的相位延迟小于L₂(s)的相位延迟，且因此，作为L₂(s)的输入的相位超前估计速度ω_p用作相位超前，该相位超前等于或大于由L_o(s，J)相对于电动机旋转速度ω_m延迟的相位量。此外，当没有相位超前补偿观测器时，由于将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，消除了由L_o(s，J)的相位延迟所导致的振荡或不稳定的问题。

此外，当满足J_M>>J_n时，可将L₂(s)定义为由等式(7)表示的初级低通滤波器。

[函数6]

$L_2\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{2}s}---\left(7\right)$

注意，下面的等式成立：

T₂＝(J_M/J_n)T₁          (8)

因此，使用干扰观测器将实际控制对象G(s)从其中惯量被改变的实际设备P(s)转换为：标称设备P_n(s)和等效低通滤波器L_o(s，J)，该标称设备P_n(s)中的惯量相当于常量，该等效低通滤波器L_o(s，J)的时间常数由实际设备的惯量改变，且使用相位超前补偿观测器来补偿该等效低通滤波器的相位延迟，由此使得即使实际设备惯量被显著改变，也有可能实现稳健而高性能的速度控制。

【实施例2】

图2是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第二实施例。

本实施例与第一实施例的不同之处在于，将与减法器51的输出相接触的第一低通滤波器52转移位置，以便与加法器54的输出相接触。

接下来，将描述工作原理。

如果要确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机旋转速度ω_m的等效控制对象的传递函数G_o(s，J)，则将由等式(9)表示该传递函数。

[函数7]

$G_o(s,J)=\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(s\right)}{T_0^{*}\left(s\right)}=\frac{1}{1+(J/J_n)T_{1}s}\·\frac{1}{J_{n}s}---\left(9\right)$

此外，将由等式(10)表示等效低通滤波器7。

[函数8]

$L_o(s,J)=\frac{1}{1+T_{o}s}---\left(10\right)$

注意，下面的等式表示等效低通滤波器7的时间常数：

T_o＝(J/J_n)T₁          (11)

因此，与实施例1类似，可将图2所示的控制系统改绘为如图6所示。

将L₂(s)定义为由等式(12)表示的初级低通滤波器。

[函数9]

$L_2\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{2}s}---\left(12\right)$

注意，下面的等式成立：

T₂＝(J_M/J_n)T₁          (13)

因此，相对于所有的实际设备惯量J，L_o(s，J)的相位延迟小于L₂(s)的相位延迟，且因此，作为L₂(s)的输入的相位超前估计速度ω_p用作相位超前，该相位超前等于或大于由L_o(s，J)相对于电动机旋转速度ω_m而延迟的相位量。此外，当没有相位超前补偿观测器时，由于将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，消除了由L_o(s，J)的相位延迟所导致的振荡或不稳定的问题。

因此，尽管等效低通滤波器的相位延迟与第一实施例相比稍微增加了，但是还是可将来自PI控制器2的噪声分量去除。

【实施例3】

图10是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第三实施例。

本实施例与第一实施例的不同之处在于，将与减法器51的输出相接触的第一低通滤波器52转移位置，以便将其定位在转矩指令T^*和减法器51之间，并且在标称设备的逆系统53和减法器51之间增加第三低通滤波器55。

接下来，将描述工作原理。

将第一低通滤波器52定义为由等式(1)表示的初级低通滤波器，而将第三低通滤波器55定义为由等式(14)表示的初级低通滤波器。

[函数10]

$L_3\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{3}s}---\left(14\right)$

在此等式中，T₃表示第三低通滤波器的时间常数。

如果要确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机旋转速度ω_m的等效控制对象的传递函数G_o(s，J)，则将由等式(15)表示该传递函数。

[函数11]

$G_o(s,J)=\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(s\right)}{T_0^{*}\left(s\right)}=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+(1+J/J_n)T_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}\·\frac{1}{J_{n}s}---\left(15\right)$

此外，将由等式(16)表示等效低通滤波器7。

[函数12]

$L_o(s,J)=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+(1+J/J_n)T_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(16\right)$

因此，与实施例1类似，可将图10所示的控制系统改绘为如图6所示。此外，将L₂(s)定义为由等式(17)所示的低通滤波器。

[函数13]

$L_2\left(s\right)=L_o(s,J_M)=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+(1+J_M/J_n)T_{1}s+J_M/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(17\right)$

因此，相对于所有的实际设备惯量J，L_o(s，J)的相位延迟小于L₂(s)的相位延迟，且因此，作为L₂(s)的输入的相位超前估计速度ω_p用作相位超前，该相位超前等于或大于由L_o(s，J)相对于电动机旋转速度ω_m而延迟的相位量。此外，当没有相位超前补偿观测器时，由于将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，消除了由L_o(s，J)的相位延迟所导致的振荡或不稳定的问题。

此外，当满足J_M>>J_n时，可将L₂(s)定义为由等式(18)表示的初级低通滤波器。

[函数14]

$L_2\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{2}s}---\left(18\right)$

注意，下面的等式成立：

T₂＝(J_M/J_n)T₁          (19)

根据等式(17)、等式(18)和等式(19)，第一低通滤波器52的参数对控制系统的稳健特性有很大影响，而第三低通滤波器55的参数对该控制系统的稳健特性没有大的影响。但是，包括在检出的电动机旋转速度ω_m中的噪声分量被标称设备的系统53放大，并通过第三低通滤波器55加算到转矩指令，且因此，第三低通滤波器55的参数设定大大影响了控制系统的干扰去除特性。

如果第一低通滤波器52和第三低通滤波器55类似，则图10所示的本实施例和图1所示的第一实施例彼此完全等效。然而，在本实施例中，尽管该控制系统与第一实施例相比稍微有些复杂，但是第一低通滤波器52的参数和第三低通滤波器55的参数分开设定，因此就使得有可能同时实现更稳健的特性和更优良的噪声去除特性。

此外，在图10中，可移动第三低通滤波器55，以便将其定位在实际设备4的前面。因此，尽管对整个回路来说，相位延迟略微增加了，但是也可增强去除来自转矩指令的基本信号T₀ ^*的噪声分量的效果。

【实施例4】

图11是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第四实施例。

本实施例与第一实施例的不同之处在于，在标称设备的逆系统53和减法器51之间增加了第三低通滤波器55。

接下来，将描述工作原理。

将第一低通滤波器52定义为由等式(1)表示的初级低通滤波器，而将第三低通滤波器55定义为由等式(20)表示的初级低通滤波器。

[函数15]

$L_3\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{3}s}---\left(20\right)$

在此等式中，T₃表示第三低通滤波器的时间常数。

如果要确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机旋转速度ω_m的等效控制对象的传递函数G_o(s，J)，则该传递函数将由等式(21)表示。

[函数16]

$G_o(s,J)=\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(s\right)}{T_0^{*}\left(s\right)}=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+J/J_n\·T_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}\·\frac{1}{J_{n}s}---\left(21\right)$

此外，将由等式(22)表示等效低通滤波器7。

[函数17]

$L_o(s,J)=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+J/J_n{\·T}_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(22\right)$

因此，与实施例1类似，可将图11所示的控制系统改绘为如图6所示。此外，将L₂(s)定义为由等式(23)表示的低通滤波器。

[函数18]

$L_2\left(s\right)=L_o(s,J_M)=\frac{(1+T_{1}s)(1+T_{3}s)}{1+J_M/J_n\·T_{1}s+J_M/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(23\right)$

因此，相对于所有的实际设备惯量J，L_o(s，J)的相位延迟小于L₂(s)的相位延迟，且因此，作为L₂(s)的输入的相位超前估计速度ω_p用作相位超前，该相位超前等于或大于由L_o(s，J)相对于电动机旋转速度ω_m而延迟的相位量。此外，当没有相位超前补偿观测器时，由于将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，消除了由L_o(s，J)的相位延迟所导致的振荡或不稳定的问题。

此外，当满足J_M>>J_n时，可将L₂(s)定义为由等式(24)表示的初级低通滤波器。

[函数19]

$L_2\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{2}s}---\left(24\right)$

注意，下面的等式成立：

T₂＝(J_M/J_n)T₁          (25)

根据等式(23)、等式(24)和等式(25)，第一低通滤波器52的参数对控制系统的稳健特性有很大影响，而第三低通滤波器55的参数对该控制系统的稳健特性没有大的影响。另一方面，包括在检出的电动机旋转速度ω_m中的噪声分量被标称设备的系统53放大，并通过第三低通滤波器55和第一低通滤波器52加算到转矩指令，且因此，第三低通滤波器55和第一低通滤波器52的参数都影响控制系统的干扰去除特性。因此，可通过适当地设定第一低通滤波器52的参数来改善该控制系统的稳健特性，且可通过适当地设定第三低通滤波器55的参数来改善该控制系统的干扰去除特性。

因此，尽管该控制系统与第一实施例相比稍微有些复杂，但是可考虑噪声去除特性，以便不对稳健特性施加太多影响，并因此进一步改善控制特性。

此外，在图11中，可移动第三低通滤波器55，以便将其定位在实际设备4的前面。因此，尽管对整个回路来说，相位延迟略微增加了，但是也可增强去除来自转矩指令的基本信号T₀ ^*的噪声分量的效果。

【实施例5】

图12是伺服控制装置的框图，示出了本发明的第五实施例。

本实施例与第二实施例的不同之处在于，在标称设备的逆系统53和减法器51之间增加了第三低通滤波器55。

接下来，将描述工作原理。

将第一低通滤波器52定义为由等式(1)表示的初级低通滤波器，而将第三低通滤波器55定义为由等式(26)表示的初级低通滤波器。

[函数20]

$L_3\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{3}s}---\left(26\right)$

在此等式中，T₃表示第三低通滤波器的时间常数。

如果要确定从转矩指令的基本信号T₀ ^*到电动机的旋转速度ω_m的等效控制对象的传递函数G_o(s，J)，则该传递函数将由等式(27)表示。

[函数21]

$G_o(s,J)=\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(s\right)}{T_0^{*}\left(s\right)}=\frac{(1+T_{3}s)}{1+J/J_n\·T_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}\·\frac{1}{J_{n}s}---\left(27\right)$

此外，将由等式(28)表示等效低通滤波器7。

[函数22]

$L_o(s,J)=\frac{(1+T_{1}s)}{1+J/J_n{\·T}_{1}s+J/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(28\right)$

因此，与实施例2类似，可将图12所示的控制系统改绘为如图6所示。此外，将L₂(s)定义为由等式(29)表示的低通滤波器。

[函数23]

$L_2\left(s\right)=L_o(s,J_M)=\frac{(1+T_{1}s)}{1+J_M/J_n{\·T}_{1}s+J_M/J_n\·T_1{T}_3{s}^2}---\left(29\right)$

因此，相对于所有的实际设备惯量J，L_o(s，J)的相位延迟小于L₂(s)的相位延迟，且因此，作为L₂(s)的输入的相位超前估计速度ω_p用作相位超前，该相位超前等于或大于由L_o(s，J)相对于电动机旋转速度ω_m而延迟的相位量。此外，当没有相位超前补偿观测器时，由于将相位超前估计速度ω_p定义为反馈速度ω_f，消除了由L_o(s，J)的相位延迟所导致的振荡或不稳定的问题。

此外，当满足J_M>>J_n时，可将L₂(s)定义为由等式(30)表示的初级低通滤波器。

[函数24]

$L_2\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{2}s}---\left(30\right)$

注意，下面的等式成立：

T₂＝(J_M/J_n)T₁           (31)

根据等式(29)、等式(30)和等式(31)，第一低通滤波器52的参数对控制系统的稳健特性有很大影响，而第三低通滤波器55的参数对该控制系统的稳健特性没有大的影响。另一方面，包括在检出的电动机旋转速度ω_m中的噪声分量被标称设备的系统53放大，并通过第三低通滤波器55和第一低通滤波器52加算到转矩指令，且因此，第三低通滤波器55和第一低通滤波器52的参数都影响控制系统的干扰去除特性。因此，可通过适当地设定第一低通滤波器52的参数来改善该控制系统的稳健特性，且可通过适当地设定第三低通滤波器55的参数来改善该控制系统的干扰去除特性。

因此，尽管该控制系统与第二实施例相比稍微有些复杂，但是可考虑噪声去除特性，以便不对稳健特性施加太多影响，并因此进一步改善控制特性。

此外，在图12中，可移动第三低通滤波器55，以便将其定位在实际设备4的前面。因此，尽管对整个回路来说，相位延迟略微增加了，但是也可增强去除来自转矩指令的基本信号T₀ ^*的噪声分量的效果。

接下来，使用具体实例来描述本发明的效果。针对惯量出现20倍变动的实际设备，图7、图8和图9示出了通过分别使用常规PI控制、第一传统技术和本发明的技术所获得的模拟结果。可以看出，在使用本发明的技术的情况下，即使惯量被显著改变，超调量也小并且整定时间短，也就是说，与使用常规PI控制和第一传统技术的情况相比，高性能跟随特性相对于指令实质上还是保持不变。

【工业适用性】

将干扰观测器和相位超前补偿观测器与PI控制系统组合。该干扰观测器包括标称设备的逆系统，而相位超前补偿观测器包括标称设备以补偿实际设备的参数变动，由此使得有可能实现稳健而高性能的控制；因此，本发明还适合用于以稳健而高性能的方式跟随系统的指令。在该系统中，除了伺服机，将任何标称设备都表示为非最小相位系统，且参数都显著改变。

Claims (12)

1.一种伺服控制装置，用来基于转矩指令在电动机和负荷机上执行驱动控制，所述伺服控制装置包括：

PI控制部分，用于基于速度指令和反馈速度之间的偏差来计算转矩指令的基本信号；

干扰观测器，用于基于所述转矩指令的基本信号和所述电动机的旋转速度来输出所述转矩指令；以及

相位超前补偿观测器，用于从所述转矩指令的基本信号和所述电动机的旋转速度产生用作不会出现延迟的要素的标称设备的输出，从而输出用作不会出现延迟的要素的标称设备的所述输出作为反馈速度。

2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述干扰观测器将所述电动机的旋转速度输入到所述标称设备的逆系统，作为干扰估计信号确定通过将所述转矩指令减去所述标称设备的逆系统的输出而获得的值，将所述干扰估计信号输入到第一低通滤波器，并将所述第一低通滤波器的输出加算到所述转矩指令的基本信号以获得所述转矩指令。

3.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述干扰观测器将所述电动机的旋转速度输入到所述标称设备的逆系统，作为干扰估计信号确定通过将所述转矩指令减去所述标称设备的逆系统的输出而获得的值，并将所述干扰估计信号加算到所述转矩指令的基本信号并将所加得的信号输入到第一低通滤波器，以获得所述第一低通滤波器的输出作为所述转矩指令。

4.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述干扰观测器将所述转矩指令输入到第一低通滤波器，将所述电动机的旋转速度输入到所述标称设备的逆系统，将所述标称设备的逆系统的输出输入到第三低通滤波器，作为干扰估计信号确定通过将所述第一低通滤波器的输出减去所述第三低通滤波器的输出而获得的值，并将所述干扰估计信号加算到所述转矩指令的基本信号，以获得所述转矩指令。

5.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述干扰观测器将所述电动机的旋转速度输入到所述标称设备的逆系统，将所述标称设备的逆系统的输出输入到第三低通滤波器，作为干扰估计信号确定通过将所述转矩指令减去所述第三低通滤波器的输出而获得的值，将所述干扰估计信号输入到第一低通滤波器，并将所述第一低通滤波器的输出加算到所述转矩指令的基本信号，以获得所述转矩指令。

6.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述干扰观测器将所述电动机的旋转速度输入到所述标称设备的逆系统，将所述标称设备的逆系统的输出输入到第三低通滤波器，作为干扰估计信号确定通过将所述转矩指令减去所述第三低通滤波器的输出而获得的值，将所述干扰估计信号加算到所述转矩指令的基本信号并将所加得的信号输入到第一低通滤波器，以获得所述第一低通滤波器的输出作为所述转矩指令。

7.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其中

所述相位超前补偿观测器将所述电动机的旋转速度和第二低通滤波器的输出之间的偏差输入到观测补偿器，把通过将所述观测补偿器的输出加算到所述转矩指令的基本信号而获得的信号输入到所述标称设备，并且输出所述标称设备的输出作为所述反馈速度，同时将所述标称设备的所述输出输入到所述第二低通滤波器。

8.根据权利要求2至6中的任一项所述的伺服控制装置，其中

所述相位超前补偿观测器将所述电动机的旋转速度和第二低通滤波器的输出之间的偏差输入到观测补偿器，把通过将所述观测补偿器的输出加算到所述转矩指令的基本信号而获得的信号输入到所述标称设备，并且输出所述标称设备的输出作为所述反馈速度，同时将所述标称设备的所述输出输入到所述第二低通滤波器。

9.根据权利要求2或3所述的伺服控制装置，其中

当包括所述电动机的转子和所述负荷机的实际设备的惯量被最小化时，将所述第一低通滤波器的时间常数设定为满足稳定性和噪声去除特性的最小值。

10.根据权利要求4至6中的任一项所述的伺服控制装置，其中

当包括所述电动机的转子和所述负荷机的实际设备的惯量被最小化时，将所述第一低通滤波器的时间常数和第三低通滤波器的时间常数设定为满足稳定性和噪声去除特性的最小值。

11.根据权利要求8所述的伺服控制装置，其中

将所述第二低通滤波器的时间常数确定为通过将所述第一低通滤波器的时间常数与包括所述电动机的转子和所述负荷机的实际设备的惯量的最大值和所述标称设备的惯量之间的比率相乘而获得的值。

12.根据权利要求11所述的伺服控制装置，其中

将所述标称设备的惯量设定为等于或小于所述实际设备的惯量的最小值。

Images