CN110855212B - 电机控制装置的振动抑制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种电机控制装置的振动抑制方法，包括：a、根据当前给定转矩及伺服电机总惯量预测电机控制装置的当前控制周期的速度增量X1；b、计算电机反馈速度与上一个控制周期的电机预测速度之间的速度差值U1：c、计算速度差值U1在当前控制周期内的分量X2：d、计算当前控制周期的电机预测速度：e、对速度差值U1进行高通滤波得到U2；f、对U2进行低通滤波得到电机反馈速度补偿值；g、将电机反馈速度减去电机反馈速度补偿值，得到电机反馈速度修正值，用电机反馈速度修正值进行电机控制。本发明还提供了一种电机控制装置。本发明可在保证电机全频率段运行、响应速度快的前提下实现电机的减振控制。

Description

电机控制装置的振动抑制方法及其装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术，尤其涉及电机控制装置的振动抑制技术。

背景技术

随着自动化控制的发展，自动化设备的使用越来越高。在某些情况下，由于设备安装、设计以及刚度方面等的问题，会导致设备的固有频率与电机的运行频率范围较近，从而在运行中产生噪声或电机与设备共振的现象，影响设备的正常运行。为了减小电机控制过程中产生的共振现象，提高设备的运行性能，需要电机控制装置进行振动抑制。

现有技术中，减少共振的方法有以下几种：

1.降低伺服增益比例、刚性等参数，减弱伺服的振动幅度，从而减小设备共振，这种方法会导致伺服控制响应慢，从而降低效率，无法实现伺服高精度高响应控制；

2.找到振动频率，设定频率振动点，规避掉该频率，避免被电机驱动的设备在该频率下运行，这种方法会导致设备无法在需要该频率运行的场合运行，只能在远离该频率点的频率下运行，从而无法实现全频率点运行；

3.设定陷波滤波器，降低在此频率点的振动幅度，降低共振。这种方法会导致伺服控制中转矩响应存在延迟，导致无法实现高响应的控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电机控制装置的振动抑制方法，其可在保证电机全频率段运行、响应速度快的前提下实现电机的减振控制。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种电机控制装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种电机控制装置的振动抑制方法，包括以下步骤：

a、根据当前给定转矩Tref及伺服电机总惯量J预测电机控制装置的当前控制周期的速度增量X1：

其中，Ts为所述电机控制装置的控制周期；

b、计算当前控制周期的电机反馈速度Vfbk与上一个控制周期的电机预测速度Vobs′之间的速度差值U1：

U1＝Vfbk-Vobs′

c、计算速度差值U1在当前控制周期内的分量X2：

其中，f为电机反馈速度的波动频率；

d、计算当前控制周期的电机预测速度：

Vobs＝Vobs′+X1+X2

e、对速度差值U1进行高通滤波得到U2，高通滤波的截止频率为f；

f、对U2进行低通滤波得到电机反馈速度补偿值Vcomp，低通滤波的截止频率为f；

g、将电机反馈速度Vfbk减去电机反馈速度补偿值Vcomp，得到电机反馈速度修正值Vfbk′，用电机反馈速度修正值Vfbk′进行电机控制。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电机控制装置，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于加载所述程序以执行前述的振动抑制方法。

本发明实施例对电机反馈速度进行了修正，并使用修正后的电机反馈速度进行电机运行控制，修正后的电机反馈速度消除了由电机振动所引起的速度波动幅值，从而实现了振动抑制。在抑制了振动的同时，提高了伺服增益比例和刚性，并可实现电机的全频率段运行，而且不存在响应延迟，从而提高了电机的适用性和控制性能。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的电机控制装置的振动抑制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1。根据本发明一实施例的一种电机控制装置的振动抑制方法，包括以下步骤：

a、在对电机进行控制时，根据当前给定转矩Tref及伺服电机总惯量J预测电机控制装置的当前控制周期的速度增量X1：

其中，Ts为电机控制装置的控制周期；电机总惯量J为电机惯量和电动机所驱动负载的负载惯量的总和；

b、计算当前控制周期的电机反馈速度Vfbk与上一个控制周期的电机预测速度Vobs′之间的速度差值U1：

U1＝Vfbk-Vobs′

电机反馈速度Vfbk可以是通过诸如编码器之类的位置检测传感器检测转子空间位置，然后通过计算而获得，也可以是由速度检测装置直接检测转子的旋转速度而获得，控制周期的大小与电机控制装置对速度检测装置的检测结果进行采样的采样周期的大小相等；

c、计算速度差值U1在当前控制周期内的分量X2：

其中，f为电机反馈速度的波动频率，由电机与设备发生共振而引起；电机反馈速度的波动频率可通过波形分析的方法得到，该波形分析的方法为现有技术，在此不再赘述。电机的振动周期要长于电机控制装置的控制周期，步骤c的目的是取电机振动所导致的速度差值在当前控制周期的分量用于后续的补偿，以避免一次补偿过多，造成电机运行不稳定；

d、计算当前控制周期的电机预测速度：

Vobs＝Vobs′+X1+X2

计算得到的Vobs用于下个控制周期的运算，即在下一个控制周期的运算中作为上一个控制周期的电机预测速度Vobs′使用，如果是第一个控制周期，则上一个控制周期的电机预测速度值为零；

e、对速度差值U1进行高通滤波得到U2，高通滤波的截止频率为电机反馈速度的波动频率f，以滤除高频分量；

f、对U2进行低通滤波得到电机反馈速度补偿值Vcomp，低通滤波的截止频率为电机反馈速度的波动频率，以滤除低频分量，低通滤波后得到的电机反馈速度补偿值Vcomp可看成是由电机振动所产生的速度波动幅值；

g、将电机反馈速度Vfbk减去电机反馈速度补偿值Vcomp，得到电机反馈速度修正值Vfbk′，即Vfbk′＝Vfbk-Vcomp，用电机反馈速度修正值Vfbk′进行电机控制。

在电机控制装置对电机的运行进行控制时，上述的步骤a至步骤g被循环执行。

需要说明的是，上述方法步骤的划分是为了描述清楚，而不应视为对方法执行顺序的限定。例如，前述的步骤d并不局限于在步骤e之前，也可以是在步骤e之后执行，还可以对速度差值U1先进行低通滤波再进行高通滤波从而得到电机反馈速度补偿值Vcomp。

可选地，步骤e中所述的高通滤波为一阶高通滤波，步骤f中所说的低通滤波为一阶低通滤波。电机为伺服电机，电机控制装置为伺服驱动器的控制器或变频器的控制器，该控制器可以是单片机、DSP等。

在所述的步骤g中，用电机反馈速度修正值Vfbk′进行电机控制包括用电机反馈速度修正值Vfbk′进行速度环控制，该速度环控制的方式例如是将电机给定速度与电机反馈速度修正值Vfbk′的差值进行PI调节，以使电机反馈速度修正值Vfbk′与电机给定速度趋于一致。电机控制的具体方式包括但不限于矢量控制、直接转矩控制等。

根据本发明的又一实施例还提供了一种电机控制装置，包括存储器和处理器。存储器用于存储程序；处理器用于加载所述程序以执行前述的振动抑制方法。

本发明实施例对电机反馈速度进行了修正，并使用修正后的电机反馈速度进行电机运行控制，修正后的电机反馈速度消除了由电机振动所引起的速度波动幅值，从而实现了振动抑制。在抑制了振动的同时，提高了伺服增益比例和刚性，并可实现电机的全频率段运行，而且不存在响应延迟，从而提高了电机的适用性和控制性能。

以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发明确定的保护范围。

Claims (5)

1.一种电机控制装置的振动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、根据当前给定转矩Tref及伺服电机总惯量J预测电机控制装置的当前控制周期的速度增量X1：

其中，Ts为所述电机控制装置的控制周期；

b、计算当前控制周期的电机反馈速度Vfbk与上一个控制周期的电机预测速度Vobs′之间的速度差值U1：

U1＝Vfbk-Vobs′

c、计算速度差值U1在当前控制周期内的分量X2：

其中，f为电机反馈速度的波动频率；

d、计算当前控制周期的电机预测速度：

Vobs＝Vobs′+X1+X2

e、对速度差值U1进行高通滤波得到U2，高通滤波的截止频率为f；

f、对U2进行低通滤波得到电机反馈速度补偿值Vcomp，低通滤波的截止频率为f；

g、将电机反馈速度Vfbk减去所述电机反馈速度补偿值Vcomp，得到电机反馈速度修正值Vfbk′，用电机反馈速度修正值Vfbk′进行电机控制。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置的振动抑制方法，其特征在于，电机反馈速度的波动频率f是通过波形分析的方法得到。

3.根据权利要求2所述的电机控制装置的振动抑制方法，其特征在于，所述的电机控制装置为伺服驱动器的控制器或变频器的控制器。

4.根据权利要求1所述的电机控制装置的振动抑制方法，其特征在于，在所述的步骤g中，用电机反馈速度修正值Vfbk′进行电机控制包括用所述的电机反馈速度修正值Vfbk′进行速度环控制。

5.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1所述的振动抑制方法。

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