CN108023531B - 一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法，通过测量扰动速度并得到速度指令补偿量，修正后的补偿量与位置调节器的指令值相加后作为速度调节器的指令输入，从而实现干扰速度的补偿，该补偿方法具有实现简单，并有良好的扰动抑制能力。

Description

一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法
技术领域
本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法，可用于仿生眼关节的抗干扰中。
背景技术
传统的位置闭环伺服，由位置环调节器根据输入的位置指令和位置反馈，生成所需要的速度指令给速度调节器，最终控制电机的输出转速，并传递到负载侧。一般情况下，这种闭环伺服方法是非常管用的。
但是，当速度环产生扰动的情况下，位置环的调节器输出的指令，应当是扰动后的速度指令，而不应当是扰动前的电机侧指令，否则扰动速度的影响就一直存在，导致控制效果不够理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法，通过把可观测扰动量进行测量并进行补偿的新方法，可以有效地抑制扰动速度的影响，提高了系统的位置伺服对扰动的抑制能力。
本发明的一种用于闭环位置伺服的补偿方法，包括如下步骤：
步骤1、确定干扰补偿量：
Figure BDA0001495288660000011
其中，Vmotor表示电机侧的速度输出，n表示电机减速比，Vout表示速度扰动后的电机最终输出速度；K表示增益，取值为0～1；
Figure BDA0001495288660000012
表示一阶惯性环节滤波器；
步骤2、根据干扰补偿量Vmotor，控制系统的速度环调节器指令Vref＝Vref0+Vcomp；
步骤3、将速度环调节器指令Vref输入到速度换调节器，完成干扰补偿。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种用于闭环位置伺服的可测量速度扰动的补偿方法，通过测量扰动速度并得到速度指令补偿量，修正后的补偿量与位置调节器的指令值相加后作为速度调节器的指令输入，从而实现干扰速度的补偿，该补偿方法具有实现简单，并有良好的扰动抑制能力。
附图说明
图1为现有的位置闭环伺服控制框图；
图2为本发明中的干扰补偿环节在整个位置闭环环路中的框图；
图3为本发明中干扰补偿环节的内部组成框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
首先，确保可测量出电机轴的速度和最终输出轴的速度。并根据电机减速比得到电机的输出轴的转速为电机速度的1/n，这里n是减速比。
其次，我们计算初始补偿量为电机速度的1/n减去最终输出轴的速度。
第三，最终补偿量为上述差值乘以增益为K的一阶惯性环节滤波器。
第四，补偿量和位置调节器的速度指令相加后作为速度环调节器的指令输入，完成干扰补偿。
本发明中，由于在扰动情况下，陀螺仪的速度＝电机的速度(稳相平台的速度)+外界扰动的速度。在扰动情况下，通过速度补偿方法，驱动器速度环的输入由电机反馈的速度变成陀螺仪反馈的速度。这样驱动器的速度环的输入就变成了位置环输出与陀螺仪速度反馈之差。电机对扰动信号的变化更敏感。实验证明用补偿方法后的电机稳相的快速性较补偿前有明显的提高。
实施例：
如图1所示为没有速度扰动补偿时的位置闭环伺服控制框图。在这里扰动后的速度产生的位置反馈Pout与位置指令相比较，经过位置环调节器，生成速度环的指令Vref0，与电机反馈速度Vmotor相比较，经过速度环调节器控制电机转速，经负载扰动后变成扰动速度Vout.扰动后速度Vout经时间积分,即传递函数为1/s后为位置反馈Pout.
图2所示为干扰补偿环节在整个位置闭环环路中的框图。干扰补偿环节的输入有两个，一个是电机侧的速度输出Vmotor,一个是速度扰动后的最终输出速度Vout。干扰补偿环节的输出有一个是速度调节器指令补偿量Vcomp.有了干扰补偿量后的速度调节器指令输入由Vref0变为Vref,且Vref＝Vref0+Vcomp.
图3所示为干扰补偿环节的内部组成框图。补偿量Vcomp的输入为电机侧的速度输出Vmotor和最终输出速度Vout.这两个速度必须是可测的。假定电机的减速比为n,则我们首先得到他们的差值为(Vmotor/n-Vout).由于存在测量噪声，我们采用一阶惯性环节滤波器
Figure BDA0001495288660000031
进行滤波，其中τ是一阶惯性环节的时间常数。我们还在一阶惯性环节中增加一个增益K。这里K是取值范围为0～1的一个常系数。当K＝0时，就完全取消了补偿。当K＝1的时候，实现了完全补偿。K可以根据经验进行调节，其值的选取与系统有关：当外界扰动速度相较于电机本身的反馈速度处于一个数量级或者外界扰动对系统有明显的干扰，这时权重就选取的比较大，K的取值接近1.当外界的扰动很小，相较于电机本身的反馈速度小1个数量级以下时，可以把K值取的比较小，比如0.1；具体的K值依据实际效果作调整。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于闭环位置伺服的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定干扰补偿量：
Figure FDA0002493888240000011
其中，Vmotor表示电机侧的速度输出，n表示电机减速比，Vout表示速度扰动后的电机最终输出速度；K表示增益，取值为0～1,且K值根据经验进行调节：当外界扰动速度相较于电机侧的速度输出处于一个数量级或者外界扰动对系统有明显的干扰，这时K的取值接近1，当外界的扰动相较于电机侧的速度输出小1个数量级以下时，K值取的比较小；
Figure FDA0002493888240000012
表示一阶惯性环节滤波器；
步骤2、根据干扰补偿量Vcomp，控制系统的速度环调节器指令Vref＝Vref0+Vcomp；
步骤3、将速度环调节器指令Vref输入到速度环调节器，完成干扰补偿。
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