CN108775373B - 一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法，针对多级传动机构中存在的N个固定振动频率和1个随负载位置变化的振动频率，本发明使用N+1个抑振滤波器，每个滤波器用于消除一个对应的振动频率。使用离线方法测量多级传动***中的固定振动频率和随负载位置变化的振动频率，并将变化的振动频率制成与负载位置相关的二维表格。使用固定频率参数抑振滤波器消除固定振动频率，使用变化频率参数的抑振滤波器消除变化的振动频率，实时根据负载位置和二维表格使用线性插值的方法获取振动频率。本发明方法实现简单、频率测量准确且能兼顾到固定和变化的振动频率。

Description

一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法
技术领域
本发明涉及一种伺服控制器的振动抑制方法，具体说是一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法。
背景技术
近年来，伺服控制***凭借其较高的动态响应和控制精度而广泛应用于工业自动化场合。在机械连接方面，由于伺服电机与负载的联接为非刚性联接，所以伺服控制***在运行时很容易发生振动。在伺服控制器的控制环路中使用抑振滤波器(一般为陷波滤波器)可很好地抑制该振动。
多数应用场合，伺服电机和负载之间存在多级传动机构。这些传动机构之间均有可能产生振动。每级传动机构的振动频率与传动机构两端的惯量和传动机构的刚度有关，如果运动过程中惯量或传动刚度发生变化，则振动频率也会相应地变化。
如图1所示的丝杠传动***有一个固定振动频率与一个变化振动频率。其中，联轴器为第一级传动，其两端惯量和联轴器刚性均不变，所以其振动频率是固定的；丝杆驱动负载运动为第二级传动，由于丝杆的刚性与负载位置L有关，所以振动频率与L有关。
推广至多级传动***，驱动负载的最后一级传动机构存在与负载位置有关的振动频率，而除最后一级外的其它传动机构的振动频率是固定的。
在通用伺服产品中用于抑制振动的方法有很多，这些方法共同的特点是需要正确设置抑振滤波器的频率参数才能将控制环路中的振动频率给滤除掉，从而达到振动抑制的效果。目前，抑振滤波器频率参数的设置方法有固定参数和自适应参数两种。固定参数设置方法不考虑运行过程中振动频率发生变化的情况，因此该方法只适用于简单的单级传动***。自适应参数设置方法即在运行过程中在线测量振动频率并实时调整抑振滤波器的频率参数，该方法比较复杂，性能取决于在线振动频率测量的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法。使用离线方法测量多级传动***中的固定振动频率和随负载位置变化的振动频率，并将变化的振动频率制成与负载位置相关的二维表格。使用固定频率参数抑振滤波器消除固定振动频率；使用变化频率参数的抑振滤波器消除变化的振动频率，实时根据负载位置和二维表格使用线性插值的方法获取振动频率。
本发明的基本思路是：针对多级传动机构中存在的N个固定振动频率和1个随负载位置变化的振动频率。本发明使用N+1个抑振滤波器，每个滤波器用于消除一个对应的振动频率。其中，固定振动频率使用固定频率参数的抑振滤波器消除；随负载位置变化的振动频率使用频率参数变化的抑振滤波器消除。
本发明伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法，其步骤是：
步骤1.振动频率测量
离线测量各级传动机构的振动频率，包括N个固定振动频率和1个变化振动频率。针对变化振动频率的测量：依次将负载停止在不同的位置，记录负载位置并测量振动频率，将振动频率与负载位置的关系绘制成二维表格。
步骤2.固定参数抑振滤波器频率参数设定
选择N个固定参数抑振滤波器，其频率参数分别对应步骤1测量的N个固定振动频率。
步骤3.变化参数抑振滤波器频率参数设定
选择一个变化参数抑振滤波器。运动过程中，根据负载的位置和步骤1绘制的二维表格使用线性插值的方法计算该位置处的振动频率，并设定为该变化参数抑振滤波器的频率参数。
本发明使用离线方法测量多级传动***中的固定振动频率和随负载位置变化的振动频率，并将变化的振动频率制成与负载位置相关的二维表格。使用固定频率参数抑振滤波器消除固定振动频率；使用变化频率参数的抑振滤波器消除变化的振动频率，实时根据负载位置和二维表格使用线性插值的方法获取振动频率。本发明方法实现简单、频率测量准确且能兼顾到固定和变化的振动频率。
附图说明
图1丝杠传动***。
图2皮带轮传动***。
图3皮带轮传动***的振动频率测量示意图。
图4皮带轮传动***的幅频曲线。
图5振动频率与负载位置的关系。
具体实施方式
实施例：
图2所示为一种典型的皮带传动***，该***有一个固定振动频率和一个变化振动频率。其中，伺服电机3与同步轮1为刚性联接4，没有振动。同步轮1、同步轮2和皮带组成的传动机构存在一个固定振动频率。同步轮1、皮带5和负载构成的传动机构存在一个变化的振动频率，与负载位置有关。
本实施例中使用的抑振滤波器为标准的陷波滤波器，其传递函数如下：
其中，ωn为陷波滤波器的中心频率，ζ为陷波滤波器的带宽。
实施步骤如下：
步骤1.振动频率测量
如图3所示。将负载分别停止在L1、L2、L3位置，使用伺服控制器给定一个频率成分比较丰富的给定转矩6，并检测电机的反馈速度7。对反馈速度进行傅里叶变换，画出其幅频曲线，如图4所示。图中有一个固定的振动频率F0，以及变化的振动频率F1、F2、F3。重复本步骤可测量更多位置处的振动频率，并将变化的振动频率与位置的关系制作成二维表格，如图5所示为测量的振动频率与位置的关系。
步骤2.中心频率固定的陷波滤波器设定
使用一个中心频率固定的陷波滤波器。将其中心频率设定为固定振动频率F0。
步骤2.中心频率变化的陷波滤波器设定
使用一个中心频率变化的陷波滤波器。运动过程中，根据负载位置L，使用线性插值的方法计算该位置处的振动频率F，并设定为该陷波滤波器的中心频率。
本发明方法，分别使用固定参数抑振滤波器和变化参数抑振滤波器，二者互不影响；使用离线的方式测量振动频率，实施方式比较简单且可以得到更精确的振动频率。离散测量振动频率时，仅使用伺服控制器给定一个频率成分比较丰富的给定转矩，并检测电机的反馈速度，不需要额外的测量设备。将变化的振动频率制作成二维表格，***运行时通过查表并线性插值的方法获取不同负载位置处的振动频率，因此适用于拥有变化振动频率的多级传动***。
使用N+1个抑振滤波器消除多级传动***中存在的N+1个振动频率。其中，N个固定参数抑振滤波器消除N个固定的振动频率；1个变化参数抑振滤波器消除1个变化的振动频率。在线运行时，固定参数抑振滤波器的频率参数参数固定不变，变化参数抑振滤波器的频率参数使用线性插值方法计算不同负载位置处的振动频率。

Claims (1)

1.一种伺服电机与负载多级传动***的振动抑制方法，其步骤是：
步骤1.振动频率测量
离线测量各级传动机构的振动频率，包括N个固定振动频率和1个变化振动频率；针对变化振动频率的测量：依次将负载停止在不同的位置，记录负载位置并测量振动频率，将振动频率与负载位置的关系绘制成二维表格；
步骤2.固定参数抑振滤波器频率参数设定
选择N个固定参数抑振滤波器，其频率参数分别对应步骤1测量的N个固定振动频率；
步骤3.变化参数抑振滤波器频率参数设定
选择一个变化参数抑振滤波器，在运动过程中，根据负载的位置和步骤1绘制的二维表格使用线性插值的方法计算该位置处的振动频率，并设定为该变化参数抑振滤波器的频率参数。
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