关键词：伺服系统;;电机矢量控制;;机械谐振;;谐振特征提取;;IIR陷波滤波器
摘 要：三相永磁同步电机由于存在诸多优点,使其在交流伺服控制领域得到极其普遍的应用。在伺服电机驱动负载运行时,电机与负载间的连接装置传动轴往往不是完全刚性的,这就会引发伺服控制系统间的柔性传动,柔性传动必然会产生机械谐振。机械谐振的存在会使伺服控制系统的转速与电磁转矩发生明显且持续的震荡现象,这样就会影响到当前控制系统的控制精度、响应速度等,同时在某种程度上会限制系统频带响应宽度的提升,严重时会致使系统失稳、传动连接装置损伤及断轴等情况发生,使伺服装置达不到预先设计的目标。因此,对于伺服系统机械谐振抑制问题的研究变将得极为重要及迫切。本文首先阐述了伺服控制系统中机械谐振问题的国内外发展的状况及存在的问题;学习研究了伺服电机控制相关理论,建立伺服电机对应的数学模型去探讨平台中电机矢量控制的原理与方法;通过建立简化的电机-负载二惯量数学模型来分析机械谐振在伺服控制系统中产生的机理,分析并讨论了负载电机惯量比与传动轴刚度系数对机械谐振的影响情况。谐振频率点的准确辨识是谐振被动抑制的关键。接下来文中研究了伺服系统中谐振频率特性辨识方法,包括直接测量法、扫频法、转速电流分析法等。扫频法是对给定的像chirp信号之类的含丰富频率成分的激励信号的辨识,属于离线频率特性辨识;转速电流分析法是对当系统谐振发生时采集转速误差信号或交轴电流信号后进行FFT频谱分析的方法,属于在线谐振频率辨识。本文采用在线谐振特性辨识并在matlab仿真验证了该方法的正确性。随后基于前面的分析,设计了一种基于自适应陷波滤波器的伺服系统谐振抑制方案,提出了陷波滤波器各个参数的确定方法。将该方案在matlab中进行了仿真验证,速度环的转速振荡得到了很好的抑制。最后将前面设计的方案在DSP芯片为TMS320F28335上进行软件编程验证。先将速度环转速调节为500rad/s,使其产生谐振振荡现象;之后加入设计好的谐振抑制算法观察到速度振荡明显减弱。实验结果表明该方案的可行性与有效性。
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