本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)伺服系統(tǒng)的增益提高時，振動現(xiàn)象普遍存在于非剛性系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)的控制精度。中國發(fā)明專利CN105375850A，提出了一種基于特殊的“峰值-帶通濾波器”的振動抑制方法。可以對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行振動量的提取，并將振動量乘以一個振動補(bǔ)償系數(shù)后，加算到速度給定指令中，該方法可以有效抑制機(jī)械系統(tǒng)的諧振。

但是，實(shí)際工程運(yùn)用中，在某些低柔性的多質(zhì)量機(jī)械系統(tǒng)場合，振動表現(xiàn)為在相同負(fù)載條件下，系統(tǒng)的振動頻率隨著控制增益的變化而變化，而非固定頻率點(diǎn)的振動。在其頻譜曲線上，并沒有突出的諧振點(diǎn)。此時電機(jī)控制系統(tǒng)變的極易不穩(wěn)定，電機(jī)控制器的增益的設(shè)置受限，從而使得系統(tǒng)響應(yīng)性較差。在此工況下，使用該發(fā)明的控制方案，抑振效果不佳。針對此種工況，本發(fā)明設(shè)計了一種對特殊頻率點(diǎn)微分控制的速度控制器，有效解決了以上這種由于控制系統(tǒng)不穩(wěn)定帶來的振動問題。

實(shí)際工程運(yùn)用中，在某些柔性低的多質(zhì)量機(jī)械系統(tǒng)場合，表現(xiàn)為在相同負(fù)載條件下，系統(tǒng)的振動頻率隨著控制增益的變化而變化，而非機(jī)械諧振引起的固定頻率點(diǎn)的振動。此時電機(jī)控制系統(tǒng)極易變的不穩(wěn)定，電機(jī)控制器的增益的設(shè)置受限，從而使得系統(tǒng)響應(yīng)性較差。此時使用陷波濾波器等方案，會帶來控制系統(tǒng)的滯后，使得控制系統(tǒng)更加不穩(wěn)定，帶來振動加劇的后果。傳統(tǒng)速度控制器為比例-積分調(diào)節(jié)器(以下稱為PI調(diào)節(jié)器)，由于沒有微分作用的存在，不能對控制信號進(jìn)行提前預(yù)測，從而不能對誤差做出快速響應(yīng)。但如果加入微分控制，系統(tǒng)又容易振蕩和帶來微分噪聲，參數(shù)難以調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種電機(jī)控制方法。在傳統(tǒng)速度控制器中加入阻尼增益控制，在速度控制器中對特定的振動頻率點(diǎn)實(shí)施微分控制。可以有效預(yù)測速度偏差中振動量的變化趨勢，增加了系統(tǒng)對振動量的衰減作用，從而抑制振動。由于僅對系統(tǒng)振動頻率點(diǎn)，進(jìn)行阻尼增益控制，不存在直流量，故不會對速度環(huán)的響應(yīng)造成影響。同時對干擾噪聲不敏感，不會存在微分噪聲問題。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所提出的技術(shù)方案是，一種電機(jī)控制方法，其步驟如下：

步驟1、電機(jī)速度偏差中的振動量提取及微分

首先采用峰值-帶通濾波器，提取電機(jī)速度偏差中的振動量并作為微分控制的輸入。其次，采用振動量提取及微分器將提取的振動量進(jìn)行微分，得到電機(jī)速度偏差振動微分量。實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)時，為了避免微分環(huán)節(jié)再一次帶來相位變化及噪聲問題，可以將帶通濾波器和微分環(huán)節(jié)合并為振動量提取及微分器。

振動量提取中，采用的峰值-帶通濾波器傳遞函數(shù)為：

其中：ωn為峰值-帶通濾波器中心頻率(單位rad/s)，ξ為頻帶寬度系數(shù)，s為拉普拉斯變換算子。

振動量提取及微分器的傳遞函數(shù)為：

D(s)即為本發(fā)明所涉及的振動量提取及微分器的傳遞函數(shù)，幅值-頻率特性見圖1。

步驟2、相位調(diào)整

利用高通濾波器對電機(jī)速度偏差振動微分量進(jìn)一步濾除直流量，利用低通濾波器進(jìn)行相位調(diào)整。

步驟3、阻尼增益控制的實(shí)施

將相位調(diào)整后的速度偏差振動微分量，乘以阻尼增益，加算到速度控制器中。

本發(fā)明實(shí)施過程：對速度偏差進(jìn)行振動分析，得到振動頻率。根據(jù)分析結(jié)果設(shè)定振動量提取及微分器的中心頻率和頻帶寬度系數(shù)。將速度偏差通過振動量提取及微分器，得到速度偏差振動微分量。將振動微分量通過一個高通濾波器和低通濾波器，進(jìn)行直流量的去除和振動量相位的調(diào)整。將低通濾波器的輸出乘以阻尼增益后，加算到PI調(diào)節(jié)器的輸出中，得到新的電流指令。

本發(fā)明方法在傳統(tǒng)速度控制器中加入阻尼增益控制，該阻尼增益控制方法為在速度控制器中，采用一個振動量提取及微分器，對特定的振動頻率點(diǎn)實(shí)施微分控制。有效預(yù)測速度偏差中振動量的變化趨勢，增加系統(tǒng)對振動量的衰減作用，從而抑制振動。由于僅對系統(tǒng)振動頻率點(diǎn)，進(jìn)行阻尼增益控制，不存在直流量，故不會對速度環(huán)的響應(yīng)造成影響。同時對干擾噪聲不敏感，不會存在微分噪聲問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中，振動量提取及微分器的幅頻特性。

圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例電氣硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖3是未使用本發(fā)明方法抑制振動的電機(jī)速度波形圖。

圖4、使用本發(fā)明方法抑制振動的電機(jī)速度波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一般伺服系統(tǒng)為三環(huán)控制系統(tǒng)，即存在位置環(huán)、速度環(huán)以及電流環(huán)三個控制環(huán)路，本發(fā)明不涉及到位置環(huán)控制，為了簡便，在本實(shí)施例中省去位置環(huán)。本發(fā)明用于振動抑制實(shí)施方法如下，控制框圖如圖2所示，其中，振動量提取及微分器中的峰值-帶通濾波器在中國發(fā)明專利CN105375850A中已有詳細(xì)描述。

由給定電機(jī)轉(zhuǎn)速ωref減去電機(jī)速度ωm得到電機(jī)速度偏差ωe。速度偏差ωe在經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)整后得到電流指令iqr。對速度偏差ωe進(jìn)行振動分析，得到振動頻率fm(fm單位為Hz)。設(shè)定振動量提取及微分器(峰值-帶通濾波器)中心頻率ωn為fm/2π,頻帶寬度系數(shù)ξ＝0.2。將速度偏差ωe通過振動量提取及微分器，得到速度偏差ωe的振動微分量將振動微分量通過一個高通濾波器，進(jìn)一步濾除直流量。將高通濾波器的輸出經(jīng)過一個低通濾波器器，進(jìn)行振動量相位的調(diào)整。將低通濾波器的輸出乘以阻尼增益Kd后，加算到PI調(diào)節(jié)器的輸出iqr中，得到新的電流指令iqr'。

具體實(shí)施步驟如下：

1、將給定電機(jī)速度ωref減去電機(jī)速度ωm得到速度偏差ωe。

2、速度偏差ωe經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器調(diào)整后，得到電流指令iqr。

3、對速度偏差ωe進(jìn)行振動情況分析，得到振動頻率fm(fm單位為Hz)。

4、根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)振動頻率的情況設(shè)定振動量提取及微分器中心頻率ωn和頻帶寬度系數(shù)ξ。設(shè)定振動量提取及微分器的中心頻率ωn為fm/2π,頻帶寬度系數(shù)ξ＝0.2。

5、將速度偏差ωe通過振動量提取及微分器，得到速度偏差ωe的振動微分量

6、將振動微分量通過一個高通濾波器，進(jìn)一步濾除直流量。

7、將高通濾波器的輸出經(jīng)過一個低通濾波器器，進(jìn)行振動量相位的調(diào)整。

8、將低通濾波器的輸出乘以阻尼增益Kd后，得到微分控制量iqd。

9、將微分控制量iqd加算到PI調(diào)節(jié)器的輸出iqr中，得到新的電流指令iqr'。

本發(fā)明有益效果如圖3和圖4所示，圖3表示不使用本發(fā)明振動抑制控制算法時的電機(jī)轉(zhuǎn)速波形，電機(jī)轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，且振蕩幅值越來越大，最終發(fā)散。圖4表示使用本發(fā)明振動抑制控制算法時的電機(jī)轉(zhuǎn)速波形，電機(jī)轉(zhuǎn)速波形未出現(xiàn)振蕩，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。可見利用本發(fā)明，可有效抑制由于控制系統(tǒng)不穩(wěn)定帶來的振動現(xiàn)象。