CN110266241B

CN110266241B - 用于伺服驱动系统谐振抑制的方法和装置、伺服驱动系统

Info

Publication number: CN110266241B
Application number: CN201910538330.9A
Authority: CN
Inventors: 杨明; 陈扬洋; 徐殿国
Original assignee: Harbin Institute of Technology; Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Harbin Institute of Technology; Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: CN110266241A

Abstract

本发明实施例提供了一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法，包括：获得缓冲时长；在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入；通过对陷波滤波器进行缓冲输入，能够实现陷波滤波器接入伺服驱动系统后平滑的滤波效果，缓冲过程简单有效，对陷波滤波器突然投入系统环路后滤波器初值不合理情况下的信号抖动有较好地抑制作用，本发明实施例还公开一种用于伺服驱动系统谐振抑制的装置和一种伺服驱动系统。

Description

用于伺服驱动系统谐振抑制的方法和装置、伺服驱动系统

技术领域

本发明属于电机系统领域，尤其涉及一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法和装置、伺服驱动系统。

背景技术

在工业伺服系统中，柔性传动无法避免，从而导致了伺服系统控制器刚度增加以后所造成的机械谐振现象变得愈发普遍。针对这一问题，工业伺服控制器中往往会采用陷波滤波器来进行谐振抑制。但是经典的陷波滤波器在投入伺服控制系统的环路中缺少缓冲的考虑，突然的滤波器投入过程在滤波器初值不匹配或不合理的场合会导致输出信号的抖动，影响初始阶段的谐振抑制效果，甚至在初始的短时间内会加剧机械谐振。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法、装置和伺服驱动系统，以解决陷波滤波器突然投入系统环路后滤波器初值不合理情况下的信号抖动的问题。

在一些实施例中，所述用于伺服驱动系统谐振抑制的方法包括：

获得缓冲时长；

在将陷波滤波器接入所述伺服驱动系统进行谐振抑制前，对所述陷波滤波器进行所述缓冲时长的缓冲输入。

在一些实施例中，所述用于伺服驱动系统谐振抑制的装置包括：

控制模块，被配置为获得缓冲时长；

输出模块，被配置为在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对所述陷波滤波器进行所述缓冲时长的缓冲输入。

在一些实施例中，所述伺服驱动系统包括：

如上所述的用于伺服驱动系统谐振抑制的装置。

本公开实施例提供的一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法、装置和系统，可以实现以下技术效果：

通过对陷波滤波器进行缓冲输入的方法能够实现陷波滤波器接入伺服驱动系统后平滑的滤波效果，缓冲时长易于确定，缓冲过程简单有效，对陷波滤波器突然投入系统环路后滤波器初值不合理情况下的信号抖动有较好地抑制作用，能够有效地提高经典陷波滤波器在伺服系统机械谐振抑制场合的适用性。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的用于伺服驱动系统谐振抑制的方法流程示意图；

图2是单纯从信号处理角度来看的双梯形陷波滤波器缓冲策略的效果图。其中黑线所示的陷波滤波器输入信号X_test(t)＝100+sin(2π×200t)，灰色虚线所示的为陷波滤波器缓冲阶段的输出信号，灰色实线所示的为采用缓冲策略了以后的陷波滤波器实际输出信号。其中双梯形陷波滤波器的相关参数为，用户期望的陷波频率ω_b＝2π×100rad/s；用户期望陷波宽度b_b＝2π×50rad/s；用户期望的陷波深度x_b＝-30dB；控制离散化周期T_s＝5e-4s；

图3是加入陷波缓冲和未加入陷波缓冲的双梯形陷波滤波器谐振抑制效果图，其中双梯形陷波滤波器的相关参数为，用户期望的陷波频率ω_b＝2π×235rad/s；用户期望的陷波宽度b_b＝2π×50rad/s；用户期望的陷波深度x_b＝-15dB；控制离散化周期T_s＝1e-3s；

图4是本公开实施例提供的用于伺服驱动系统谐振抑制的装置及系统示意图；

附图标记：

1：速度环控制器；

2：用于伺服驱动系统谐振抑制的装置；21：陷波滤波器；22：控制模块；221：计算单元；23：输出模块；231：连接单元；

3：电机。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

如图1所示，本公开实施例提供了一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法，包括：

步骤S1：获得缓冲时长；

步骤S2：在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入。

在一些实施例中，缓冲时长为对滤波器进行缓冲的时长参数，可选地，缓冲时长的计量单位为时间单位，如秒、分、时；可选地，缓冲时长的计量单位也可为周期数，如3个滤波器周期。

在一些实施例中，获得缓冲时长的方法为手动输入，用户直接输入特定的缓冲时长，并在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入。

在另一些实施例中，获得缓冲时长的方法为根据预设的程序，自动获得缓冲时长，并在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入。

通过对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入，能够稳定陷波滤波器的输出，减小振荡，实现更好地信号抑制效果。

进一步地，缓冲时长包括：陷波滤波器的输出恢复稳定所需的缓冲周期数。

在一些实施例中，在输入信号作用于陷波滤波器的前W个周期内，存在较大振荡，但是渡过前W个周期以后，陷波滤波器的输出便恢复稳定，通过选择陷波滤波器恢复稳定所需的缓冲周期数W作为缓冲时长，能够对特定频率起到较好地抑制效果。

进一步地，获得缓冲时长，包括根据获得的陷波滤波器的参数，计算缓冲时长。

在一些实施例中，陷波滤波器参数包括：陷波频率ω_b、陷波宽度b_b、陷波深度x_b和滤波器离散化周期T_s。可选地，滤波器参数为用户期望的参数。可选地，进一步地，以上陷波滤波器参数中的陷波频率ω_b、陷波宽度b_b、陷波深度x_b来自于经典双梯形陷波滤波器的连续域传函表达式G_b(s)：

其中s为拉普拉斯算子，k₁及k₂为滤波器系数，ω_b为用户期望的陷波频率。其中k₁及k₂的具体表达式为：

其中b_b为用户期望的陷波宽度，x_b为用户期望的陷波深度。

进一步地，根据获得的陷波滤波器的参数，计算缓冲时长，包括：

其中，b_b为陷波宽度；ω_b为陷波频率；x_b为用户期望的陷波深度；T_s为离散化周期；W为缓冲时长。

在一些实施例中，用户期望的陷波频率ω_b＝2π×100rad/s；用户期望陷波宽度b_b＝2π×50rad/s；用户期望陷波深度x_b＝-30dB；控制离散化周期T_s＝5e-4s。则可以得到离散化周期为T_s的情况下所需的滤波缓冲周期数W＝60。

通过计算缓冲时长，可以精确获得陷波滤波器缓冲的结束时间，使陷波滤波器能够获得平稳输出的同时，不会浪费过长的缓冲时间，提高运行效率。

如图2所示，此情况下，当黑线所示的陷波滤波器输入信号X_test(t)＝100+sin(2π×200t)时，当输入信号存在偏置的情况下，在灰色虚线所示的缓冲阶段(即输入信号作用于陷波滤波器的前W个周期)存在较大振荡，但是渡过前W个周期以后，滤波器的输出便恢复稳定，且起到了较好地特定频率信号抑制效果。所以灰色实线所示的采用缓冲策略以后的陷波滤波器实际输出信号能够实线较为平缓，无振荡的滤波输出效果。即前W周期使用输入信号对陷波滤波器进行预热但是不将陷波滤波器的输出信号进行输出，而选择直接输出滤波器的输入信号，W个周期过后，将输出信号再切换为滤波器的输出信号。可以实现双梯形陷波滤波器更平稳的输出和更好的信号抑制效果。

进一步地，对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入，包括：

将伺服驱动系统的速度环控制器的输出，输入陷波滤波器进行滤波缓冲，并且，伺服驱动系统的转矩给定不变。

在一些实施例中，在正式将双梯形陷波滤波器的输出接入伺服驱动环路(作为转矩给定)之前，持续地将原始速度环控制器的输出输入双梯形陷波滤波器进行滤波缓冲，该过程持续W个滤波器周期，该过程中伺服驱动系统的转矩给定仍为未滤波前的原始速度环控制器的输出。W个滤波器周期之后，正式将伺服驱动系统的转矩给定替换为双梯形陷波滤波器的输出，整个滤波缓冲过程结束，经过滤波缓冲后的双梯形陷波滤波器可以获得更好地稳定性和滤波效果。

为了更好地说明本方法的实现过程，以下以一个具体实施例进行说明：

用户期望的陷波频率ω_b＝2π×235rad/s；用户期望的陷波宽度b_b＝2π×50rad/s；用户期望的陷波深度x_b＝-15dB；控制离散化周期T_s＝1ms。

根据缓冲时长计算公式

则可以得到离散化周期为T_s的情况下所需的滤波缓冲周期数W＝30。按照缓冲时长W＝30对该滤波器进行缓冲处理后，接入伺服驱动系统，结果如图3所示，转速和电流信号在图中被给出，其中陷波滤波器的初值为-20A。可以看出，黑线所示的无缓冲的陷波滤波器受到初值和输入值不匹配的影响，在投入的瞬间出现了较大的转速和电流波动。而灰线所示的带缓冲的陷波滤波器由于加入了一段时间的缓冲处理，实现了无抖动，受陷波滤波器初值影响较小的平滑滤波效果。

如图4所示，本公开实施例提供了一种用于伺服驱动系统谐振抑制的装置2，包括：

控制模块22，被配置为获得缓冲时长；

输出模块23，被配置为在将陷波滤波器21接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器21进行缓冲时长的缓冲输入。

在一些实施例中，获得缓冲时长的方法为手动输入，用户直接输入特定的缓冲时长，并在将陷波滤波器21接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器21进行缓冲时长的缓冲输入。

在另一些实施例中，获得缓冲时长的方法为根据预设的程序，自动获得缓冲时长，并在将陷波滤波器21接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对陷波滤波器21进行缓冲时长的缓冲输入。

通过对陷波滤波器21进行缓冲时长的缓冲输入，能够稳定陷波滤波器21的输出，减小振荡，实现更好地信号抑制效果。

进一步地，缓冲时长包括：陷波滤波器21输出恢复稳定所需的缓冲周期数。

在一些实施例中，在输入信号作用于陷波滤波器21的前W个周期内，存在较大振荡，但是渡过前W个周期以后，陷波滤波器21的输出便恢复稳定，通过选择陷波滤波器21恢复稳定所需的缓冲周期数W作为缓冲时长，能够对特定频率起到较好地抑制效果。

进一步地，控制模块22包括：

计算单元221，被配置为根据获得的陷波滤波器21的参数，计算缓冲时长。

在一些实施例中，根据获得的陷波滤波器21的参数，计算缓冲时长的公式为：

通过计算缓冲时长，可以精确获得陷波滤波器21缓冲的结束时间，使陷波滤波器21能够获得平稳输出的同时，不会浪费过长的缓冲时间，提高运行效率。

进一步地，输出模块23包括：

连接单元231，被配置为将伺服驱动系统的速度环控制器1的输出，输入陷波滤波器21进行滤波缓冲，并且，伺服驱动系统的转矩给定不变。

在一些实施例中，在正式将双梯形陷波滤波器21的输出接入伺服驱动环路(作为转矩给定)之前，持续地将原始速度环控制器1的输出输入双梯形陷波滤波器21进行滤波缓冲，该过程持续W个滤波器周期，该过程中伺服驱动系统的转矩给定仍为未滤波前的原始速度环控制器1的输出。W个滤波器周期之后，正式将伺服驱动系统的转矩给定替换为双梯形陷波滤波器21的输出，整个滤波缓冲过程结束，经过滤波缓冲后的双梯形陷波滤波器21可以获得更好地稳定性和滤波效果。

如图4所示，本公开实施例还提供了一种伺服驱动系统，包括速度环控制器1、电机3和如上所述的用于伺服驱动系统谐振抑制的装置2，速度环控制器1与用于伺服驱动系统谐振抑制的装置2电连接，用于向该装置输入控制信号；该装置与电机3电连接，并将速度环控制器1发出的控制信号进行谐振抑制后，送至电机3，使电机3能够响应于该谐振抑制后的控制信号进行运动。本公开实施例中的伺服驱动系统，通过设置上述用于伺服驱动系统谐振抑制的装置2，能够有效抑制伺服驱动系统运行过程中的机械谐振。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时，虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如，在不改变描述的含义的情况下，第一元件可以叫做第二元件，并且同样第，第二元件可以叫做第一元件，只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但可以不是相同的元件。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims

1.一种用于伺服驱动系统谐振抑制的方法，其特征在于，包括：

获得缓冲时长；

在将陷波滤波器接入所述伺服驱动系统进行谐振抑制前，对所述陷波滤波器进行所述缓冲时长的缓冲输入；

计算所述缓冲时长，包括：

其中，b_b为陷波宽度；ω_b为陷波频率；x_b为用户期望的陷波深度；T_s为离散化周期；W为所述缓冲时长。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述缓冲时长为所述陷波滤波器的输出恢复稳定所需的缓冲周期数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得缓冲时长，包括：

根据获得的所述陷波滤波器的参数，计算所述缓冲时长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对陷波滤波器进行缓冲时长的缓冲输入，包括：

将所述伺服驱动系统的速度环控制器的输出，输入所述陷波滤波器进行滤波缓冲，并且，所述伺服驱动系统的转矩给定不变。

5.一种用于伺服驱动系统谐振抑制的装置，其特征在于，包括：

控制模块，被配置为获得缓冲时长；

输出模块，被配置为在将陷波滤波器接入伺服驱动系统进行谐振抑制前，对所述陷波滤波器进行所述缓冲时长的缓冲输入；

所述控制模块包括：计算单元，被配置为根据获得的所述陷波滤波器的参数，计算所述缓冲时长；

计算所述缓冲时长，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述缓冲时长为所述陷波滤波器恢复稳定所需的缓冲周期数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述输出模块包括：

连接单元，被配置为将所述伺服驱动系统的速度环控制器的输出，输入所述陷波滤波器进行滤波缓冲，并且，所述伺服驱动系统的转矩给定不变。

8.一种伺服驱动系统，其特征在于，包括如权利要求5-7任一所述的用于伺服驱动系统谐振抑制的装置。