【摘 要】
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交流伺服系统在自动化装备中应用广泛,对其控制精度的要求也越来越高。但在许多应用场合,由于伺服系统中电机与负载之间存在柔性连接,会导致机械谐振,从而降低系统控制精度,甚至导致装备损坏。本文针对伺服系统机械谐振问题,研究了交流伺服系统机械谐振在线辨识和实时抑制技术,并搭建相应实验平台,对提出的方法进行了实验验证。对柔性连接的二质量系统进行建模,分析了机械谐振产生机理。研究了传动系统刚性系数和惯量比对谐
【基金项目】
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东莞市创新团队项目:智能机器人总线式控制及伺服驱动系统成套产品开发及产业化(201536002100026); 国家自然科学基金:柔性摆臂系统高频高精运动控制策略研究(51575208);
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交流伺服系统在自动化装备中应用广泛,对其控制精度的要求也越来越高。但在许多应用场合,由于伺服系统中电机与负载之间存在柔性连接,会导致机械谐振,从而降低系统控制精度,甚至导致装备损坏。本文针对伺服系统机械谐振问题,研究了交流伺服系统机械谐振在线辨识和实时抑制技术,并搭建相应实验平台,对提出的方法进行了实验验证。对柔性连接的二质量系统进行建模,分析了机械谐振产生机理。研究了传动系统刚性系数和惯量比对谐振的影响,分析了柔性负载伺服系统中速度开环、闭环情况下谐振的不同特征。提出了一种基于自适应陷波的谐振在线抑制方法,实现了机械谐振特征在线辨识与抑制。针对傅里叶变换计算量大的问题,设计了基于FPGA的机械谐振特征辨识方案。通过在FPGA中实现FFT计算,提高了辨识的实时性,通过分析交轴电流的频谱特征,实现了谐振特征的在线辨识;并通过实验验证了基于FPGA的FFT的实时性及准确性,通过仿真验证了谐振辨识方案的可行性。针对机械谐振的频率和幅值会随着惯量比等运行环境发生变化这一问题,提出了一种自适应陷波的机械谐振动态抑制方案,根据谐振辨识特征动态调整陷波滤波器参数,在伺服驱动器中对交轴电流指令进行陷波,实现谐振的动态抑制。结合陷波滤波器模型分析了中心频率、陷波宽度和深度参数对陷波效果的影响。采用双线性变换的离散化方法设计了数字陷波滤波器,在一定量化误差范围内,确定了数字陷波滤波器系数以及输出数据的位宽。搭建了实验平台,对提出的基于自适应陷波的谐振在线抑制方法进行了验证,实验中改变不同的惯量比,均可以在1s内快速辨识得到机械谐振特征,经陷波之后电机转速稳态波动在1%以内,验证了谐振特征辨识及抑制方法的有效性。
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