[发明专利]一种自适应滤波器、自适应滤波方法及伺服控制系统

说明书

本发明提供的自适应滤波器、自适应滤波方法以及伺服控制系统，利用数据缓存器存储伺服控制系统的转速误差数据，其中，所述数据缓存器包括多个数据缓存数组，采用快速傅里叶变换算法对所述数据缓存器中的转速误差数据进行频谱分析得到快速傅里叶变换分析结果，将所述快速傅里叶变换单元得到的所述快速傅里叶变换分析结果进行存储至幅值存储器，其中，所述幅值存储数组与所述数据缓存数组的个数对应，所述快速傅里叶变换分析结果中包括频域数据的幅值和对应的频率，利用频域带宽搜索单元对所述幅值存储器内的所述快速傅里叶变换分析结果进行处理得到自适应滤波器的参数，满足伺服控制系统快速响应、高精度定位的需要，实现了伺服控制系统在变谐振条件下的稳定运行，具有结构简单、容易实现、效果显著的优点。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种自适应滤波器、自适应滤波方法及伺服控制系统。

背景技术

伺服控制系统的带宽和开环增益受限于机械机构的谐振频率。机械系统的柔性耦合连接使得力矩传送过程中必然存在固有的谐振频率。在谐振频率的附近区域，系统的动态特性十分不稳定，并且机械振动的幅值会随着控制系统的增益而变化。机械振动幅值过大，会损坏伺服控制系统驱动的负载。

为了减弱机械谐振对控制系统性能的影响，通常采取以下两种方法：1)结构设计过程中增加机械的传动刚度，以提高系统的谐振频率；2)软件设计滤波器，减小结构谐振频率处的振幅。对于成本控制严格的工业控制系统来说，提高传动刚度意味着更高的成本和更大的转动惯量。因此，通常采用方法2，即设计滤波器，来提高伺服控制系统的动态性能。当前，系统机械谐振抑制的研究大都基于固定的谐振频率值，滤波器通常采用离线设计方法。然而，当系统的谐振频率变化时，基于离线设计方法将导致控制系统的不稳定。因此，设计能够在线自动辨识系统谐振频率的自适应滤波器具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种自适应滤波器、自适应滤波方法及伺服控制系统。

第一方面，本发明提供一种自适应滤波器，包括频域带宽监视器，所述频域带宽监视器包括：

数据缓存器，包括多个数据缓存数组，用于存储伺服控制系统的转速误差数据；

快速傅里叶变换单元，用于采用快速傅里叶变换算法对所述数据缓存器中的转速误差数据进行频谱分析得到快速傅里叶变换分析结果；

幅值存储器，包括多个幅值存储数组，用于将所述快速傅里叶变换单元得到的所述快速傅里叶变换分析结果进行存储，其中，所述幅值存储数组与所述数据缓存数组的个数对应，所述快速傅里叶变换分析结果中包括频域数据的幅值和对应的频率；

频域带宽搜索单元，用于对所述幅值存储器内的所述快速傅里叶变换分析结果进行处理得到自适应滤波器的参数。

作为一种可能的实现方式，所述数据缓存器包括4个数据缓存数组，所述幅值存储器包括4个幅值缓存数组。

作为一种可能的实现方式，所述数据缓存器中的转速误差数据的频谱P_uu(ω)为

其中，Ui*(ω)为输入数据Ui(ω)的共轭，T＝nts表示每段数据总的采样时间，ts表示数据采样周期。

作为一种可能的实现方式，每个数据缓存数组包含1024个字节，在转速采样周期为200μs的条件下，所述数据缓存器的数据更新周期为819.2ms。

作为一种可能的实现方式，所述频域带宽搜索单元对所述幅值存储器内的所述快速傅里叶变换分析结果进行频域带宽搜索得到转速信号的谐振频率和谐振的带宽，获得自适应滤波器的传递函数，所述传递函数的表达式为：