CN106655957B - 一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法，所述系统包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服电机、前馈机构和双二阶滤波器，伺服控制器为由位置环、速度环和电流环构成的三闭环PID伺服控制器，伺服控制器与伺服驱动器连接用于向伺服驱动器发送指令，伺服驱动器与伺服电机连接用于控制伺服电机的运行，前馈机构包括设置在速度环输入端的速度前馈和设置在电流环输入端的加速度前馈，双二阶滤波器与速度环连接用于对速度环输出信号进行双二阶滤波，然后经电流环输出电压控制信号，伺服控制器接收到电压控制信号后驱动伺服电机旋转。本发明提高了系统跟踪响应和动态性能，提高了系统运行的稳定性和可靠性。

Description

一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法。

背景技术

随着市场对动力锂电池加工工艺的精密的不断提升以及企业自身的迅猛发展，对伺服系统的性能提出了越来越高的要求，迫切需要动力锂电池制备装置运行更为准确和可靠，比如提高伺服系统抗扰动能力，抑制速度波动和谐振，提高系统跟踪响应和稳定性。

系统抗扰动能力、响应滞后和抗扰动能力差和机械谐振是伺服系统中重要的问题。系统抗扰动能力和响应滞后都严重影响伺服系统控制精度，而谐振造成伺服系统稳定裕度的下降，迫使设计人员降低伺服增益，从而导致伺服系统频带变窄，稳态误差增大。目前，市面上主要采用陷波器来抑制机械谐振，但需要准确的系统谐振频率、存在一定相角滞后、易受干扰等缺陷，难以获得很好的抑制效果。因此迫切需要新的抑制方法，既能抑制谐振，又能减小响应滞后、提高系统稳定性和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统及方法，提高了系统跟踪响应和动态性能，提高了系统运行的稳定性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统，包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服电机、前馈机构和双二阶滤波器，伺服控制器为由位置环、速度环和电流环构成的三闭环PID伺服控制器，伺服控制器与伺服驱动器连接用于向伺服驱动器发送指令，伺服驱动器与伺服电机连接用于控制伺服电机的运行，前馈机构包括设置在速度环输入端的速度前馈和设置在电流环输入端的加速度前馈，双二阶滤波器与速度环连接用于对速度环输出信号进行双二阶滤波。

所述伺服电机的输出端还将输出位置信号分别连接反馈至位置环和速度环。

所述伺服驱动器还连接有斜坡限幅器和速度钳位模块，斜坡限幅器用于对伺服驱动器输出的加减速度进行限幅，速度钳位模块用于对伺服驱动器输出的速度进行限幅。

一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制方法，包括以下步骤：

位置输入信号r进入伺服控制器后先进入位置环，然后分成三路，第一路位置输入信号r乘以比例增益K_p后输出到速度环输入端作为速度环输入信号，第二路位置输入信号r进入到速度前馈后输出到速度环输入端，第三路位置输入信号r进入到加速度前馈后输出到电流环输入端；

速度环输入信号加上速度前馈增益K_vff后经比例积分PI调节得到电流环输入信号；

电流环输入信号加上加速度前馈增益K_aff后进行比例积分PI调节后再经双二阶滤波器滤波和矢量变换后输出电压控制信号，然后输送给伺服驱动器，伺服驱动器根据接收到的电压控制信号控制伺服电机旋转。

所述电流环还对伺服电机进行电流采样得到反馈电流信号，该反馈电流信号反馈至电流环输入端，并且该反馈电流信号与电流环输入信号进行差分，将该差分后的结果加上加速度前馈增益K_aff后进行比例积分PI调节后再经双二阶滤波器滤波和矢量变换后输出电压控制信号。

所述伺服电机的输出位置信号反馈至位置环输入端作为位置反馈信号，该位置反馈信号与第一路位置输入信号r进行差分后乘以比例增益K_p再输出到速度环输入端作为速度环输入信号。

所述伺服电机的输出位置信号还反馈至速度环输入端并经微分增益K_d得到速度反馈信号，该速度反馈信号与速度环输入信号进行差分后再加上速度前馈增益K_vff后经比例积分PI调节得到电流环输入信号。

所述方法还包括步骤：

伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的加速度进行控制，若A1_n≥C1，则A1_n+1＝A1_n-C2，若A1_n≤-C1，则A1_n+1＝A1_n+C2，A1_n为伺服控制器当前的加速度，A1_n+1为伺服控制器下一次的加速度，C1为动力锂电池制备装置的加速度常数，C2为动力锂电池制备装置设定的加减速度增量常数。

所述方法还包括步骤：

伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的速度进行控制，若V1_n≥D1，则V1_n+1＝V1_n-D2，若V1_n≤-D1，则V1_n+1＝V1_n+D2，V1_n为伺服控制器当前的速度，V1_n+1为伺服控制器下一次的速度，D1为动力锂电池制备装置的速度常数，D2为动力锂电池制备装置设定的速度增量常数。

本发明有效地提高抗扰动能力并抑制了动力锂电池制备装置的谐振，提高了系统跟踪响应和动态性能，使输入信号更平稳并减少外部信号干扰，抑制了制备装置谐振，提高系统的稳定性和可靠性。并且提高了系统运行的速度稳定性。

附图说明

附图1为本发明系统原理示意图；

附图2为本发明方法框架示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，本发明揭示了一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制系统，包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服电机、前馈机构和双二阶滤波器，伺服控制器为由位置环、速度环和电流环构成的三闭环PID伺服控制器，伺服控制器与伺服驱动器连接用于向伺服驱动器发送指令，伺服驱动器与伺服电机连接用于控制伺服电机的运行，前馈机构包括设置在速度环输入端的速度前馈和设置在电流环输入端的加速度前馈，双二阶滤波器与速度环连接用于对速度环输出信号进行双二阶滤波。伺服电机的输出位置信号还分别反馈连接至位置环输入端和速度环输入端。通过该速度前馈和加速度前馈，分别对伺服控制器的速度环和电流环进行前馈控制，提高了系统抗扰动能力和响应速度，减小了系统跟随误差，提高伺服系统控制精度和稳定性。

伺服驱动器还连接有斜坡限幅器和速度钳位模块，斜坡限幅器用于对伺服驱动器输出的加减速度进行限幅，速度钳位模块用于对伺服驱动器输出的速度进行限幅。

位置输入信号从位置环输入，分成三路，一路与反馈至位置环的伺服电机的输出位置信号进行差分一乘以比例增益K_p得到速度环输入信号；一路进入速度前馈后输出至速度环；一路进入加速度前馈后输出至电流环。

通过速度前馈和加速度前馈，可提高系统跟踪响应能力和动态性能；经过对速度环进行双二阶滤波，可抑制系统谐振，使输入信号平滑并减少干扰。由斜坡限幅器进行加减速度限幅，保证伺服驱动器加减速平稳性；由速度钳位对速度进行限幅，控制伺服电机最大速度。

此外，如附图1和2所示，本发明还揭示了一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制方法，包括以下步骤：

S1，位置输入信号r进入伺服控制器后先进入位置环，然后分成三路，第一路位置输入信号r乘以比例增益K_p后输出到速度环输入端作为速度环输入信号，第二路位置输入信号r进入到速度前馈后输出到速度环输入端，第三路位置输入信号r进入到加速度前馈后输出到电流环输入端。

S2，速度环输入信号加上速度前馈增益K_vff后经比例积分PI调节得到电流环输入信号。

S3，电流环输入信号加上加速度前馈增益K_aff后进行比例积分PI调节后再经双二阶滤波器滤波和矢量变换后输出电压控制信号，然后输送给伺服驱动器，伺服驱动器根据接收到的电压控制信号控制伺服电机旋转。通过双二阶滤波器对信号进行滤波处理，使输入信号更平稳并减少外部信号干扰，抑制了制备装置谐振，提高系统的稳定性和可靠性。

进一步，在步骤S3中，电流环还对伺服电机进行电流采样得到反馈电流信号，该反馈电流信号反馈至电流环输入端，并且该反馈电流信号与电流环输入信号进行差分，将该差分后的结果加上加速度前馈增益K_aff后进行比例积分PI调节后再经双二阶滤波器滤波和矢量变换后输出电压控制信号，经双二阶滤波器的处理，可抑制系统谐振，使输入信号平滑并减少干扰。电流环可通过电流传感器对伺服电机定子三相电流采样，然后进行漏电消除、适量变换得到反馈电流信号。通过反馈电流信号，实现更加输出更加精确的电压控制信号。

此外，所述伺服电机的输出位置信号反馈至位置环输入端作为位置反馈信号，该位置反馈信号与第一路位置输入信号r进行差分后乘以比例增益K_p再输出到速度环输入端作为速度环输入信号。通过将位置反馈信号和第一路位置输入信号r进行差分，可实现更加有效的控制。

伺服电机的输出位置信号还反馈至速度环输入端并经微分增益K_d得到速度反馈信号，该速度反馈信号与速度环输入信号进行差分后再加上速度前馈增益K_vff后经比例积分PI调节得到电流环输入信号。通过将速度反馈信号与速度环输入信号差分，可实现更加有效的控制。

另外，伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的加速度进行控制，若A1_n≥C1，则A1_n+1＝A1_n-C2，若A1_n≤-C1，则A1_n+1＝A1_n+C2，A1_n为伺服控制器当前的加速度，A1_n+1为伺服控制器下一次的加速度，C1为动力锂电池制备装置的加速度常数，使动力锂电池制备装置的加速度不大于C1，C2为动力锂电池制备装置设定的加减速度增量常数。

伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的速度进行控制，若V1_n≥D1，则V1_n+1＝V1_n-D2，若V1_n≤-D1，则V1_n+1＝V1_n+D2，V1_n为伺服控制器当前的速度，V1_n+1为伺服控制器下一次的速度，D1为动力锂电池制备装置的速度常数，使动力锂电池制备装置的运行速度不大于D1，D2为动力锂电池制备装置设定的速度增量常数。从而提高了速度的稳定性。通过对加速度和速度的限幅，提高了系统的速度稳定性。

此外，通过在速度环之前加入速度前馈，以位置输入信号r作为输入信号，并且输出到速度环，可减小微分增益和测速发电机环路阻尼带来的跟随误差，提高抗扰动能力。调节时，对电流环，速度前馈增益K_vff应略大于或等于微分增益K_d，对速度环，速度前馈增益K_vff应远大于微分增益K_d。

在电流环前加入加速度前馈，以位置输入信号作为其输入信号，输出到电流环。可减小由系统惯性带来的跟随误差，提高系统的跟踪响应能力和动态性能。调节时，可根据系统特性适时调节。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于动力锂电池制备装置的防谐振控制方法，该方法基于防谐振控制系统，该防谐振控制系统包括伺服控制器、伺服驱动器、伺服电机、前馈机构和双二阶滤波器，伺服控制器为由位置环、速度环和电流环构成的三闭环PID伺服控制器，伺服控制器与伺服驱动器连接用于向伺服驱动器发送指令，伺服驱动器与伺服电机连接用于控制伺服电机的运行，前馈机构包括设置在速度环输入端的速度前馈和设置在电流环输入端的加速度前馈，双二阶滤波器与速度环连接用于对速度环输出信号进行双二阶滤波，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

位置输入信号r进入伺服控制器后先进入位置环，然后分成三路，第一路位置输入信号r乘以比例增益K_p后输出到速度环输入端作为速度环输入信号，第二路位置输入信号r进入到速度前馈后输出到速度环输入端，第三路位置输入信号r进入到加速度前馈后输出到电流环输入端；

速度环输入信号加上速度前馈增益K_vff后经比例积分PI调节得到电流环输入信号；

电流环输入信号加上加速度前馈增益K_aff后进行比例积分PI调节后再经双二阶滤波器滤波和矢量变换后输出电压控制信号，然后输送给伺服驱动器，伺服驱动器根据接收到的电压控制信号控制伺服电机旋转；

伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的加速度进行控制，若A1_n≥C1，则A1_n+1＝A1_n-C2，若A1_n≤-C1，则A1_n+1＝A1_n+C2，A1_n为伺服控制器当前的加速度，A1_n+1为伺服控制器下一次的加速度，C1为动力锂电池制备装置的加速度常数，C2为动力锂电池制备装置设定的加减速度增量常数。

2.根据权利要求1所述的用于动力锂电池制备装置的防谐振控制方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

伺服驱动器接收到电压控制信号对伺服电机进行控制时，对该伺服驱动器的速度进行控制，若V1_n≥D1，则V1_n+1＝V1_n-D2，若V1_n≤-D1，则V1_n+1＝V1_n+D2，V1_n为伺服控制器当前的速度，V1_n+1为伺服控制器下一次的速度，D1为动力锂电池制备装置的速度常数，D2为动力锂电池制备装置设定的速度增量常数。