CN114185370A - 一种伺服系统及其转速补偿方法 - Google Patents

一种伺服系统及其转速补偿方法 Download PDF

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CN114185370A
CN114185370A CN202010856371.5A CN202010856371A CN114185370A CN 114185370 A CN114185370 A CN 114185370A CN 202010856371 A CN202010856371 A CN 202010856371A CN 114185370 A CN114185370 A CN 114185370A
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CN
China
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rotation speed
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姬北岳
梁海星
徐茂盛
朱洪顺
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Guangdong Bozhilin Robot Co Ltd
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    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D13/62Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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Abstract

本申请实施例提供了一种伺服系统及其转速补偿方法,属于伺服控制技术领域,可以补偿因机械谐振导致的噪音、以及速度和位置不稳定的问题,无需增加额外的机械结构,避免导致伺服系统的结构复杂化,有利于节省制作成本。一种伺服系统的转速补偿方法,包括:采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量;振动抑制模块在所述转速波动量大于预设阈值时,根据所述负载的转速参数、所述转速波动量、以及所述预设采样周期,得到转速补偿值;所述振动抑制模块将包括所述转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块;所述转速控制模块基于所述转速补偿值对所述伺服系统的转速进行控制。

Description

一种伺服系统及其转速补偿方法
技术领域
本申请属于伺服控制技术领域,更具体地,涉及一种伺服系统及其转速补偿方法。
背景技术
随着控制技术不断地提高,伺服系统因其高性能、高精度等优势在现代工业领域中被广泛运用于数控机床、纺织、印刷、机器人等方面。
然而,在机械部位运动过程中,由于机械刚性有限发生弹性形变,从而产生了角度偏移。这种弹性形变在交流系统设计中通常被忽略简化。但这种简化在有些工况下会导致伺服系统性能不稳定。如当用于工业机器人时,伺服系统定位时在负载末端会发生抖振现象,这种振动可随时间衰减,但明显増加了伺服系统的调节时间,导致伺服系统的动态性能降低;有的甚至产生严重的位置速度振荡造成伺服系统发散,或者在工作时产生高频噪音,速度和位置不够稳定,同样有损伺服系统的控制性能。
发明内容
本申请的目的包括,例如,提供了一种伺服系统及其转速补偿方法,以解决上述问题。
第一方面,提供一种伺服系统的转速补偿方法,包括:采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量;振动抑制模块在转速波动量大于预设阈值时,根据负载的转速参数、转速波动量、以及预设采样周期,得到转速补偿值;振动抑制模块将包括转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块;转速控制模块基于转速补偿值对伺服系统的转速进行控制。
第二方面,提供一种伺服系统,包括采集模块、振动抑制模块、转速控制模块;
所述采集模块,用于以预设采样周期采集负载的转速波动量;振动抑制模块,用于在转速波动量大于预设阈值时,根据负载的转速参数、转速波动量、以及预设采样周期,得到转速补偿值;振动抑制模块,还用于将包括转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块;转速控制模块,用于基于转速补偿值对伺服系统的转速进行控制。
本发明实施例提供一种伺服系统及其转速补偿方法,采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量,当转速波动量大于预设阈值时,根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000021
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000022
总转动惯量J、以及预设采样周期
Figure RE-RE-GDA0002693233800000025
得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000024
再根据估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000023
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω,根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000026
再根据转速波动量的标准差V(k),得到补偿增益Kcomp;再根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000027
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp;最后将包括转速补偿值的转速命令发送给转速控制模块,转速控制模块再转速补偿值ωcomp对伺服系统的转速进行控制,以补偿因机械谐振导致的噪音、以及速度和位置不稳定的问题。相较于现有技术,本实施例无需增加额外的机械结构,避免导致伺服系统的结构复杂化,有利于节省制作成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的伺服系统的转速补偿方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的伺服系统的转速补偿方法的流程示意图;
图3为本申请实施例提供的伺服系统的转速补偿方法的流程示意图;
图4为本申请实施例提供的257Hz的振动波动量抑制前后对比图;
图5为本申请实施例提供的794Hz的振动波动量抑制前后对比图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
对于背景技术提出的伺服系统存在机械谐振问题,其成因比较复杂,同时受机械系统的固有特性以及负载情况的影响,一般可以通过避振的方式避免系统在谐振点工作,或者通过改进机械结构以及加固等被动方式解决此问题。但该种方式无疑会增大伺服系统的结构复杂程度,增加伺服系统的制作成本。
如图1所示,本发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,包括:
S11、采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量。
在一些实施例中,在不同的采集周期,采集模块可以采集多个转速波动量。
S12、振动抑制模块在转速波动量大于预设阈值时,根据负载的转速参数、转速波动量、以及预设采样周期,得到转速补偿值。
在一些实施例中,预设阈值的取值与具体的伺服系统和客户需求有关。不同的转速波动量在不同的伺服系统中呈现出的机械谐振可能不同。
在一些实施例中,转速参数包括反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速,以及伺服电机和负载的总转动惯量等值。
S13、振动抑制模块将包括转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块。
S14、转速控制模块基于转速补偿值对伺服系统的转速进行控制。
在一些实施例中,转速控制模块接收到转速命令后,对用于控制伺服系统的转速的参数进行调整,以控制伺服系统的转速。
本发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量,当转速波动量大于预设阈值时,根据负载的转速参数、所述转速波动量、以及预设采样周期得到转速补偿值,并将包括转速补偿值的转速命令发送给转速控制模块,转速控制模块再转速补偿值对伺服系统的转速进行控制,以补偿因机械谐振导致的噪音、以及速度和位置不稳定的问题。相较于现有技术,本实施例无需增加额外的机械结构,避免导致伺服系统的结构复杂化,有利于节省制作成本。如图2所示,本发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,包括:
S11、采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量。
S121、转速观测模块根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000041
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000042
总转动惯量J、以及预设采样周期Ts,得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000043
具体的,可以根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000044
计算得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000045
其中,
Figure RE-RE-GDA0002693233800000046
表示θ的导数,
Figure RE-RE-GDA0002693233800000047
表示
Figure RE-RE-GDA0002693233800000048
的导数,
Figure RE-RE-GDA0002693233800000049
表示
Figure RE-RE-GDA00026932338000000410
的导数,l1、l2、l3
此处,转速观测模块可以实时接收反馈位置信号θ和反馈转矩Te
Figure RE-RE-GDA00026932338000000411
可以通过对θ求导得到,
Figure RE-RE-GDA00026932338000000412
可以通过对
Figure RE-RE-GDA00026932338000000413
求导得到,
Figure RE-RE-GDA00026932338000000414
可以通过对
Figure RE-RE-GDA00026932338000000415
求导得到,l1、l2、l3为转速观测模块的参数,进而根据上述参数得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000051
S122、转速观测模块根据估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000052
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω。
具体的,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000053
计算得到转速波动差Δω。其中,转速观测模块可以实时接收负载的反馈转速ωm
S123、相位补偿模块根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000054
具体的,先根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000055
a1=2*α* ω(k-1)(k-1)
Figure RE-RE-GDA0002693233800000056
Figure RE-RE-GDA0002693233800000057
计算得到a0、a1、a2、a3。其中,负载的初始转速可以是 6280rad/s。即,在第一个采样周期,ω(k-1)=6280rad/s。
之后,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000058
Figure RE-RE-GDA0002693233800000059
计算得到X(k)。其中,X(k)可以作为计算频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA00026932338000000510
的中间变量,U(k)表示当前采样周期采集的转速波动量,U(k-1) 表示前一个采样周期采集的转速波动量,U(k-2)表示前两个采样周期采集的转速波动量。
最后,根据
Figure RE-RE-GDA00026932338000000511
计算得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA00026932338000000512
其中,ω(k-1)表示负载在前一个采样周期的转速。
S124、相位补偿模块根据转速波动量的标准差V(k),得到补偿增益 Kcomp
具体的,可以根据V(k)=sqrt(((U1-x)2+(U2-x)2+…(Un-x)2)/n),计算采集模块采集的多个转速波动量的标准差V(k)。其中,U1、U2、U3…Un表示多个转速波动量,x表示多个转速波动量的平均值或中位数等。
之后,根据Kcomp=factor*V(k)*(上限-下限),计算得到补偿增益Kcomp。其中,转速波动量V(k)可根据预设采样周期实时更新,而补偿增益Kcomp不能实时更新,否则可能因为变化过快导致引入新的振动,通常补偿增益 Kcomp更新一次,但转速波动量V(k)已经更新了5-10次。同时,由于补偿增益Kcomp正比于转速波动量V(k),因此,可以设置常数值factor,来提高各个预设采样周期的补偿增益Kcomp的准确性。在此基础上,由于存在机械误差等原因,还可以设置可忽略的误差的上限和下限。
S125、相位补偿模块根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000061
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp
具体的,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000062
计算得到转速振动频率f。
之后,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000063
计算得到传递函数H(s)。其中,s 也表示传递函数,此公式可以根据振动频率f范围,经过试验推导得到。
之后,根据Δω*=H(s)*Δω,计算得到转速波动差Δω*
最后,根据ωcomp=Kcomp*Δω*,计算得到转速补偿值ωcomp
S13、振动抑制模块将包括转速补偿值ωcomp的转速命令发送至转速控制模块。
S14、转速控制模块基于转速补偿值ωcomp对伺服系统的转速进行控制。
步骤S11、S13和S14的解释说明与前一实施例的步骤S11、S13和S14 的解释说明相同,在此不再赘述。
本发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量,当转速波动量大于预设阈值时,根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000071
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000072
总转动惯量J、以及预设采样周期
Figure RE-RE-GDA0002693233800000073
得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000074
再根据估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000075
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω,根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000076
再根据转速波动量的标准差V(k),得到补偿增益Kcomp;再根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000077
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp;最后将包括转速补偿值的转速命令发送给转速控制模块,转速控制模块再转速补偿值ωcomp对伺服系统的转速进行控制,以补偿因机械谐振导致的噪音、以及速度和位置不稳定的问题。相较于现有技术,本实施例无需增加额外的机械结构,避免导致伺服系统的结构复杂化,有利于节省制作成本。
如图3所示,发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,包括:
S11、采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量。
在一些实施例中,在不同的采集周期,采集模块可以采集多个转速波动量。
S15、滤波模块对所述采集模块采集的所述转速波动量进行高通、低通滤波处理。
在一些实施例中,可以滤除50Hz-1500Hz以外的转速波动量,可选的,考虑到转速环振动频率主要集中于100Hz-1000Hz,因此,可以滤除 100Hz-1000Hz以外的转速波动量。
在一些实施例中,滤波模块可以是IIR数字带通滤波器,可以利用IIR 数字带通滤波器来对转速波动量进行高通、低通滤波处理。
利用IIR数字带通滤波器来对转速波动量进行高通、低通滤波处理的过程可以为:先在s域上设计相应的模拟滤波器;再通过双线性变换来完成 z域上IIR数字带通滤波器的设计方法,利用冲激响应不变法设计IIR数字带通滤波器时,模拟角频率Ω与数字角频率ω之间是线性关系,即Ω=ω/Ts,即可对高通、低通滤波模块的离散形式进行推导,以截止频率为 50Hz为例,得到高通滤波模块离散方程如下:
Figure RE-RE-GDA0002693233800000081
以截止频率为1500Hz为例,得到低通滤波模块离散方程如下:
Figure RE-RE-GDA0002693233800000082
其中,X(k)表示当前采样周期采集的转速波动差,X(k-1)表示前一个采样周期采集的转速波动差,Y(k)表示当前采样周期经滤波处理后的转速波动差,Y(k-1)表示前一个采样周期经滤波处理后的转速波动差,fl为低通滤波截止频率,fh为高通滤波的截止频率。
S16、振动抑制模块计算滤波处理后的转速波动量的标准差,记为标准转速波动量V(k)。
在一些实施例中,以滤除50Hz-1500Hz以外的转速波动量为例,仅需计算50Hz-1500Hz以内的转速波动量的标准差,计算结果记为标准转速波动量V(k)。
如图4和图5所示,为根据转速波动量进行高通、低通滤波处理后,计算转速波动量的标准值,根据标准转速波动量计算得到转速补偿值,转速控制模块对不同频率的转速波动量进行补偿后的谐振图,相较于抑制之前,本发明明显对谐振现象起到了抑制效果。
S121、转速观测模块根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000091
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000092
总转动惯量J、以及预设采样周期
Figure RE-RE-GDA0002693233800000093
得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000094
S122、转速观测模块根据估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000095
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω。
S123、相位补偿模块根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、标准转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000096
S124、相位补偿模块根据的标准转速波动量V(k),得到补偿增益Kcomp
S125、相位补偿模块根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000097
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp
S13、振动抑制模块将包括转速补偿值ωcomp的转速命令发送至转速控制模块。
S14、转速控制模块基于转速补偿值ωcomp对伺服系统的转速进行控制。
步骤S11、S121、S122、S124、S125、S13和S14的解释说明与前一实施例的步骤S11、S121、S122、S124、S125、S13和S14的解释说明相同,在此不再赘述。
在一些实施例中,步骤S16只要在步骤S15之后、步骤S123之前即可,本实施例仅列举出步骤S16在步骤S15之后、步骤S121之前的情况。
本发明实施例提供一种伺服系统的转速补偿方法,在计算转速补偿值ωcomp之前,还可对采集的转速波动量进行高通、低通滤波处理,并计算经滤波处理后的转速波动量的标准差,记为标准转速波动量V(k),之后可以利用标准转速波动量V(k)来计算转速补偿值,提高转速补偿值的准确性。
本发明实施例还提供一种伺服系统,伺服系统包括采集模块、振动抑制模块、转速控制模块。
采集模块,用于以预设采样周期采集负载的转速波动量。振动抑制模块,用于在转速波动量大于预设阈值时,根据负载的转速参数、转速波动量、以及预设采样周期,得到转速补偿值。振动抑制模块,还用于将包括转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块。转速控制模块,用于基于转速补偿值对伺服系统的转速进行控制。
本发明实施例提供的伺服系统的解释说明和有益效果与前述实施例所述的伺服系统的转速补偿方法的解释说明和有益效果,在此不再赘述。
可选的,振动抑制模块包括转速观测模块和相位补偿模块。转速参数包括反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000101
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000102
反馈转速ωm、初始转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000103
总转动惯量J。
转速观测模块,用于根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000104
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000105
总转动惯量J、以及预设采样周期Ts,得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000106
具体的,可以根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000107
计算得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000108
其中,
Figure RE-RE-GDA0002693233800000109
表示θ的导数,
Figure RE-RE-GDA00026932338000001010
表示
Figure RE-RE-GDA00026932338000001011
的导数,
Figure RE-RE-GDA00026932338000001012
表示
Figure RE-RE-GDA00026932338000001013
的导数,l1、l2、l3
此处,转速观测模块可以实时接收反馈位置信号θ和反馈转矩Te
Figure RE-RE-GDA00026932338000001014
可以通过对θ求导得到,
Figure RE-RE-GDA00026932338000001015
可以通过对
Figure RE-RE-GDA00026932338000001016
求导得到,
Figure RE-RE-GDA00026932338000001017
可以通过对
Figure RE-RE-GDA00026932338000001018
求导得到,l1、l2、l3为转速观测模块的参数,进而根据上述参数得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA00026932338000001019
转速观测模块,还用于根据估计转速
Figure RE-RE-GDA00026932338000001020
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω。
具体的,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000111
计算得到转速波动差Δω。其中,转速观测模块可以实时接收负载的反馈转速ωm
相位补偿模块,用于根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000112
具体的,先根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000113
a1=2*α* ω(k-1)(k-1)
Figure RE-RE-GDA0002693233800000114
Figure RE-RE-GDA0002693233800000115
计算得到a0、a1、a2、a3。其中,负载的初始转速可以是 6280rad/s。即,在第一个采样周期,ω(k-1)=6280rad/s。
之后,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000116
Figure RE-RE-GDA0002693233800000117
计算得到X(k)。其中,X(k)可以作为计算频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000118
的中间变量,U(k)表示当前采样周期采集的转速波动量,U(k-1) 表示前一个采样周期采集的转速波动量,U(k-2)表示前两个采样周期采集的转速波动量。
最后,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000119
计算得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA00026932338000001110
其中,ω(k-1)表示负载在前一个采样周期的转速。
相位补偿模块,还用于根据转速波动量的标准差,得到补偿增益Kcomp
具体的,可以根据V(k)=sqrt(((U1-x)2+(U2-x)2+…(Un-x)2)/n),计算采集模块采集的多个转速波动量的标准差V(k)。其中,U1、U2、U3…Un表示多个转速波动量,x表示多个转速波动量的平均值或中位数等。
之后,根据Kcomp=factor*V(k)*(上限-下限),计算得到补偿增益Kcomp。其中,转速波动量V(k)可根据预设采样周期实时更新,而补偿增益Kcomp不能实时更新,否则可能因为变化过快导致引入新的振动,通常补偿增益 Kcomp更新一次,但转速波动量V(k)已经更新了5-10次。同时,由于补偿增益Kcomp正比于转速波动量V(k),因此,可以设置常数值factor,来提高各个预设采样周期的补偿增益Kcomp的准确性。在此基础上,由于存在机械误差等原因,还可以设置可忽略的误差的上限和下限。
相位补偿模块,还用于根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000121
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp
具体的,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000122
计算得到转速振动频率f。
之后,根据
Figure RE-RE-GDA0002693233800000123
计算得到传递函数H(s)。其中,s 也表示传递函数,此公式可以根据振动频率f范围,经过试验推导得到。
之后,根据Δω*=H(s)*Δω,计算得到转速波动差Δω*
最后,根据ωcomp=Kcomp*Δω*,计算得到转速补偿值ωcomp
本发明实施例中,当转速波动量大于预设阈值时,根据反馈位置信号θ、估计位置信号
Figure RE-RE-GDA0002693233800000124
反馈转矩Te、估计转矩
Figure RE-RE-GDA0002693233800000125
总转动惯量J、以及预设采样周期
Figure RE-RE-GDA0002693233800000126
得到负载的估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000127
再根据估计转速
Figure RE-RE-GDA0002693233800000128
和反馈转速ωm得到转速波动差Δω,根据初始转速、预设采样周期Ts、跟踪系数α、转速波动量,得到负载的频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA0002693233800000129
再根据转速波动量的标准差V(k),得到补偿增益Kcomp;再根据频率跟踪值
Figure RE-RE-GDA00026932338000001210
和补偿增益Kcomp,得到转速补偿值ωcomp;最后将包括转速补偿值的转速命令发送给转速控制模块,转速控制模块再转速补偿值ωcomp对伺服系统的转速进行控制,以补偿因机械谐振导致的噪音、以及速度和位置不稳定的问题。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种伺服系统的转速补偿方法,其特征在于,包括:
采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量;
振动抑制模块在所述转速波动量大于预设阈值时,根据所述负载的转速参数、所述转速波动量、以及所述预设采样周期,得到转速补偿值;
所述振动抑制模块将包括所述转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块;
所述转速控制模块基于所述转速补偿值对所述伺服系统的转速进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述转速参数包括反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速,以及伺服电机和负载的总转动惯量。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述振动抑制模块包括转速观测模块和相位补偿模块;
所述根据所述负载的反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速、总转动惯量,以及所述转速波动量和所述预设采样周期,得到转速补偿值,包括:
所述转速观测模块根据所述反馈位置信号、所述估计位置信号、所述反馈转矩、所述估计转矩、所述总转动惯量、以及所述预设采样周期,得到所述负载的估计转速;
所述转速观测模块根据所述估计转速和所述反馈转速得到转速波动差;
所述相位补偿模块根据所述转速波动差、所述初始转速、所述预设采样周期、以及所述转速波动量,得到转速补偿值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述转速观测模块通过以下关系式得到所述负载的估计转速:
Figure FDA0002646493000000021
其中,
Figure FDA0002646493000000022
表示所述估计转速,θ表示所述反馈位置信号,
Figure FDA0002646493000000023
表示所述估计位置信号,Te表示所述反馈转矩,
Figure FDA0002646493000000024
表示所述估计转矩,J表示所述总转动惯量,Ts表示所述预设采样周期,
Figure FDA0002646493000000025
表示θ的导数,
Figure FDA0002646493000000026
表示
Figure FDA0002646493000000027
的导数,
Figure FDA0002646493000000028
表示
Figure FDA0002646493000000029
的导数,l1、l2、l3
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述相位补偿模块根据所述转速波动差、所述初始转速、所述预设采样周期、以及所述转速波动量,得到转速补偿值,包括:
所述相位补偿模块根据所述初始转速、所述预设采样周期、跟踪系数、所述转速波动量,得到所述负载的频率跟踪值;
所述相位补偿模块根据所述转速波动量的标准差,得到补偿增益;
所述相位补偿模块根据所述频率跟踪值和所述补偿增益,得到所述转速补偿值。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述相位补偿模块通过以下关系式得到所述负载的频率跟踪值:
Figure FDA00026464930000000210
a1=2*α*ω(k-1)(k-1)
Figure FDA00026464930000000211
Figure FDA00026464930000000212
Figure FDA00026464930000000213
Figure FDA0002646493000000031
其中,
Figure FDA0002646493000000032
表示所述负载的频率跟踪值,ω(k-1)表示所述负载在前一个采样周期的转速,α表示跟踪系数,Ts表示预设采样周期,U(k)表示当前采样周期采集的所述转速波动量,U(k-1)表示前一个采样周期采集的所述转速波动量,U(k-2)表示前两个采样周期采集的所述转速波动量。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,在所述采集模块以预设采样周期采集负载的转速波动量之后,在所述振动抑制模块计算所述转速补偿值之前,所述转速补偿方法还包括:
滤波模块对所述采集模块采集的所述转速波动量进行高通、低通滤波处理。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述对所述采集模块采集的所述转速波动量进行高通、低通滤波处理之后,所述转速补偿方法还包括:振动抑制模块计算滤波处理后的所述转速波动量的标准差,记为标准转速波动量;
所述振动抑制模块在所述转速波动量大于预设阈值时,根据所述负载的反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速、总转动惯量,以及所述转速波动量和所述预设采样周期,得到转速补偿值,包括:所述振动抑制模块在所述标准转速波动量大于预设阈值时,根据所述负载的反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速、总转动惯量,以及所述转速波动量和所述预设采样周期,得到转速补偿值。
9.一种伺服系统,其特征在于,包括采集模块、振动抑制模块、转速控制模块;
所述采集模块,用于以预设采样周期采集负载的转速波动量;
所述振动抑制模块,用于在所述转速波动量大于预设阈值时,根据所述负载的转速参数、所述转速波动量、以及所述预设采样周期,得到转速补偿值;
所述振动抑制模块,还用于将包括所述转速补偿值的转速命令发送至转速控制模块;
所述转速控制模块,用于基于所述转速补偿值对所述伺服系统的转速进行控制。
10.根据权利要求9所述的伺服系统,其特征在于,所述振动抑制模块包括转速观测模块和相位补偿模块;
所述转速参数包括反馈位置信号、估计位置信号、反馈转矩、估计转矩、反馈转速、初始转速、总转动惯量;
所述转速观测模块,用于根据所述反馈位置信号、所述估计位置信号、所述反馈转矩、所述估计转矩、所述总转动惯量、以及所述预设采样周期,得到所述负载的估计转速;
所述转速观测模块,还用于根据所述估计转速和所述反馈转速得到转速波动差;
所述相位补偿模块,用于根据所述初始转速、所述预设采样周期、跟踪系数、所述转速波动量,得到所述负载的频率跟踪值;
所述相位补偿模块,还用于根据所述转速波动量的标准差,得到补偿增益;
所述相位补偿模块,还用于根据所述频率跟踪值和所述补偿增益,得到所述转速补偿值。
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