电机振动抑制补偿方法、系统及存储介质

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种电机振动抑制补偿方法、系统及存储介质。

背景技术

在伺服系统中，电机通常通过各种类型的连接装置与负载相连接，如减速机、联轴器、传动轴等。经典的闭环系统设计方法通常将电机与负载的连接等效成理想的刚体连接，而在实际应用中，这些机械装置在承受力矩时，会存在弹性形变，如果忽视这种柔性负载的形变，会造成整个控制系统的性能指标下降，影响系统的稳定性。

目前，为了提高伺服系统的定位精度，需要采集负载端的位置进行全闭环控制，在全闭环系统中控制环路包含了柔性负载的影响。然而，在现有的全闭环控制的伺服系统中，普遍存在以下问题：

1、当环路增益较高时，减速机等柔性负载会引起系统产生振动，尤其当该振动频率与机械振动频率相近或者相同时，会产生拍频振动，使得速度波动和电流波动较大，进而产生噪音，加剧机械磨损。

2、当负载端较长且较重时，急停或者快速减速的过程容易产生末端抖动，进而会影响系统的轨迹跟踪和定位性能。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种电机振动抑制补偿方法、系统及存储介质，旨在解决现有伺服系统在进行全闭环控制时存在拍频振动和末端抖动的技术问题。

本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：

一种电机振动抑制补偿方法，包括以下步骤：

获取负载端的第一当前速度、给定的速度指令、电机端的第二当前速度以及给定的电磁转矩指令；

通过预设的振动抑制器对所述第一当前速度和所述速度指令进行计算，得到速度补偿量；以及，通过预设的扰动观测器对所述第二当前速度和所述电磁转矩指令进行计算，得到扰动观测补偿量；

利用所述速度补偿量对所述速度指令进行补偿，得到速度补偿指令；

根据所述速度补偿指令和所述第二当前速度，生成转矩指令；

利用所述扰动观测补偿量对所述转矩指令进行补偿，以对伺服系统产生的拍频振动和/或末端抖动进行抑制。

进一步地，所述通过预设的振动抑制器对所述第一当前速度和所述速度指令进行计算，得到速度补偿量，包括：

通过预设的速度转换公式对所述速度指令进行速度转换计算，得到给定速度；

对所述给定速度和所述第一当前速度进行减法运算，得到速度差；

提取所述速度差的振动信号，并对所述振动信号进行信号移相处理；

对经过所述信号移相处理后的所述振动信号的幅值进行调节，得到所述速度补偿量。

进一步地，所述速度转换公式为：

式中，K

进一步地，所述通过预设的扰动观测器对所述第二当前速度和所述电磁转矩指令进行计算，得到扰动观测补偿量，包括：

根据所述第二当前速度和所述电磁转矩指令，计算出扰动估计值；

对所述扰动估计值进行低通滤波处理；

对经过所述低通滤波处理后的所述扰动估计值的幅值进行调节，得到所述扰动观测补偿量。

进一步地，所述根据所述速度补偿指令和所述第二当前速度，生成转矩指令的步骤，包括：

将所述速度补偿指令与所述第二当前速度进行减法运算，得到速度偏差；

将所述速度偏差输入至预设的速度控制器中，得到所述转矩指令。

进一步地，通过以下方式获取所述负载端的所述第一当前速度：

采集所述负载端的第一反馈位置，并对所述第一反馈位置进行微分计算，得到所述负载端的所述第一当前速度。

进一步地，通过以下方式获取所述电机端的所述第二当前速度：

采集所述电机端的第二反馈位置，并对所述第二反馈位置进行微分计算，得到所述电机端的所述第二当前速度。

进一步地，通过以下方式获取给定的所述速度指令：

获取给定的位置指令，并将所述位置指令与所述第一反馈位置进行减法运算，得到位置偏差；

将所述位置偏差输入至预设的位置控制器中，得到所述速度指令。

对应地，本发明还提出一种电机振动抑制补偿系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机振动抑制补偿程序，所述电机振动抑制补偿程序被所述处理器执行时实现前述的电机振动抑制补偿方法的步骤。

对应地，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有电机振动抑制补偿程序，所述电机振动抑制补偿程序被处理器执行时实现前述的电机振动抑制补偿方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的电机振动抑制补偿方法，通过获取负载端的第一当前速度和系统给定的速度指令，并通过预设的振动抑制器对第一当前速度和速度指令进行计算，计算出速度补偿量；同时，通过获取电机端的第二当前速度以及系统给定的电磁转矩指令，并通过预设的扰动观测器对第二当前速度和电磁转矩指令进行计算，计算出扰动观测补偿量；接着利用计算得到的速度补偿量对速度指令进行补偿，去削弱速度指令中所存在的振动成分，得到速度补偿指令；然后根据速度补偿指令和第二当前速度生成转矩指令，并利用计算得到的扰动观测补偿量对得到的转矩指令进行补偿，降低外部负载扰动所带来的扰动成分，如此，一方面通过加入振动抑制器来抑制速度指令中会引起系统拍频振动和/或末端抖动的振动成分，进而可削弱基于速度补偿指令所生成的转矩指令中的振动成分，另一方面通过加入扰动观测器来降低外部负载扰动所带来的扰动成分，使得最终作用于电机端的转矩指令所存在的干扰信号可大大降低，从而不仅可提高电机的稳定性和抗负载扰动能力，而且可抑制伺服系统在进行全闭环控制时所存在的拍频振动和末端抖动，使得伺服系统的定位精度和控制性能可得到极大的提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；

图2为本发明一实施例中电机振动抑制补偿方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例中电机振动抑制补偿方法的应用示意图；

图4为本发明一实施例中振动抑制器的构成框图；

图5为本发明一实施例中扰动观测器的构成框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。

本发明实施例的终端可以是PC，也可以是机械系统或者是机械设备控制系统等终端设备。

如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及电机振动抑制补偿程序。

在如图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要包括输入单元比如键盘，键盘包括无线键盘和有线键盘，用于连接客户端，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的电机振动抑制补偿程序，并执行下述任一实施例中的电机振动抑制补偿方法中的操作。

基于上述硬件结构，提出本发明电机振动抑制补偿方法实施例。

参照图2，本发明一实施例提供一种电机振动抑制补偿方法，该电机振动抑制补偿方法可应用于交流伺服系统(特别是全闭环的交流伺服系统)中，所述交流伺服系统包括控制终端，所述控制终端可以是与交流伺服系统直接相连的电脑终端或服务器，也可以是与获取相关数据的设备相连的电脑终端或服务器；该电机振动抑制补偿方法包括以下步骤：

步骤S10，获取负载端的第一当前速度、给定的速度指令、电机端的第二当前速度以及给定的电磁转矩指令；

步骤S20，通过预设的振动抑制器对第一当前速度和速度指令进行计算，得到速度补偿量；以及，通过预设的扰动观测器对第二当前速度和电磁转矩指令进行计算，得到扰动观测补偿量；

步骤S30，利用速度补偿量对速度指令进行补偿，得到速度补偿指令；

步骤S40，根据速度补偿指令和第二当前速度，生成转矩指令；

步骤S50，利用扰动观测补偿量对转矩指令进行补偿，以对伺服系统产生的拍频振动和/或末端抖动进行抑制。

在上述步骤S10中，具体地，参照图3，在交流伺服系统控制电机运转的过程中，控制终端可通过一些获取设备和方法获取负载端的第一当前速度ω

在上述步骤S20和步骤S30中，具体地，可继续参照图3，控制终端通过将获取到的负载端的第一当前速度ω

在上述步骤S40中，具体地，可将速度补偿指令

在上述步骤S20和步骤S50中，具体地，可继续参照图3，控制终端通过将获取到的电机端的第二当前速度ω

由此可见，本实施例提出的电机振动抑制补偿方法，通过获取负载端的第一当前速度ω

进一步地，参照图3，在一个示例性的实施例中，通过以下方式获取负载端的第一当前速度：

步骤S10A，采集负载端的第一反馈位置，并对第一反馈位置进行微分计算，得到负载端的第一当前速度。

在本步骤中，具体地，可通过设置在负载端上的第一编码器(图中未示意出)实时采集负载端的第一反馈位置θ

进一步地，参照图3，在一个示例性的实施例中，通过以下方式获取给定的速度指令：

步骤S10a，获取给定的位置指令，并将位置指令与第一反馈位置进行减法运算，得到位置偏差；

步骤S10b，将位置偏差输入至预设的位置控制器中，得到速度指令。

在上述步骤S10a和步骤S10b中，具体地，可通过将伺服系统给定的位置指令θ

进一步地，参照图3，在一个示例性的实施例中，通过以下方式获取电机端的第二当前速度：

步骤S101，采集电机端的第二反馈位置，并对第二反馈位置进行微分计算，得到电机端的第二当前速度。

在本步骤中，具体地，可通过设置在电机端上的第二编码器(图中未示意出)实时采集电机端的第二反馈位置θ

进一步地，参照图3，在一个示例性的实施例中，上述根据速度补偿指令和第二当前速度，生成转矩指令的步骤，包括：

步骤S401，将速度补偿指令与第二当前速度对进行减法运算，得到速度偏差；

步骤S402，将速度偏差输入至预设的速度控制器中，得到转矩指令。

在上述步骤S401和步骤S402中，具体地，可先将速度补偿指令

此处需要说明的是，基于上述步骤S10A、步骤S10a、步骤S10b、步骤S101、步骤S401和步骤S402，通过将电机端的第二当前速度ω

进一步地，参照图2至图4，在一个示例性的实施例中，上述通过预设的振动抑制器对第一当前速度和速度指令进行计算，得到速度补偿量，包括：

步骤S201，通过预设的速度转换公式对速度指令进行速度转换计算，得到给定速度；

步骤S202，对给定速度和第一当前速度进行减法运算，得到速度差；

步骤S203，提取速度差的振动信号，并对振动信号进行信号移相处理；

步骤S204，对经过信号移相处理后的振动信号的幅值进行调节，得到速度补偿量。

在上述步骤S201中，所述速度转换公式为：

式中，K

在上述步骤S202中，具体地，可通过预设的加法器对给定速度ω

在上述步骤S203中，具体地，可通过预设的整形滤波器提取速度差的振动信号，并对振动信号进行信号移相处理。

在上述步骤S204中，具体地，可将经过信号移相处理后的振动信号输入至预设的第一放大器K

在本实施例中，基于上述步骤，可计算出用以削弱速度指令ω

进一步地，参照图2、图3和图5，在一个示例性的实施例中，上述通过预设的扰动观测器对第二当前速度和电磁转矩指令进行计算，得到扰动观测补偿量，包括：

步骤S20A，根据第二当前速度和电磁转矩指令，计算出扰动估计值；

步骤S20B，对扰动估计值进行低通滤波处理；

步骤S20C，对经过低通滤波处理后的扰动估计值的幅值进行调节，得到扰动观测补偿量。

在上述步骤S20A中，参照图3，P(s)为电机的函数模型，且

式中，T

在上述步骤S20B中，具体地，可通过预设的低通滤波器LPF对扰动估计值进行低通滤波处理。

在上述步骤S20C中，具体地，可将经过低通滤波处理后的扰动估计值输入至预设的第二放大器K

在本实施例中，基于上述步骤，从而可计算出用以降低转矩指令T

对应地，本发明实施例还提供一种电机振动抑制补偿系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的电机振动抑制补偿程序，电机振动抑制补偿程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的电机振动抑制补偿方法的步骤。

在本实施例中，在所述处理器上运行的电机振动抑制补偿程序被执行时所实现的方法可参照上述本发明电机振动抑制补偿方法各个实施例，此处不再赘述。

对应地，本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有电机振动抑制补偿程序，电机振动抑制补偿程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的电机振动抑制补偿方法的步骤。

在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片等各种可以存储程序代码的介质。

显然，本领域的技术人员应当理解，上述的本发明的各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

需要说明的是，本发明公开的电机控制系统及其振动抑制方法的其它内容可参见现有技术(例如，对于本发明实施例所涉及的位置控制器、速度控制器、加法器、整形滤波器、低通滤波器、第一放大器、第二放大器、第一编码器和第二编码器，均可采用本领域已成熟的相关技术来实现，本领域技术人员可以理解，此处不再赘述)，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的可选实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。