[发明专利]基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法，通过改进BFGS迭代优化算法，能自动调节陷波器参数，实现在线抑制机械谐振，包括如下步骤：建立机械谐振模型，在伺服系统的速度调节器后面加入陷波器，利用改进BFGS迭代优化算法最小化速度误差的代价函数，实现陷波器参数的自适应调节，从而完成对机械谐振的在线抑制。当机械谐振频率发生变化或者与陷波器的中心点频率不一致时，传统的自适应陷波器会导致系统不稳定，本发明与传统的自适应陷波器相比，有效地避免此种情况的出现，可以快速地调整陷波器的参数，实时抑制机械谐振，提高伺服系统的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及交流伺服控制系统技术领域，尤其涉及一种基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法。

背景技术

交流伺服系统以其稳定性好、速度快、精度高等优点应用于很多领域。然而，机械谐振会限制伺服系统的增益和带宽，进而影响系统的控制精度和控制性能，对机械装置造成损坏，甚至会出现安全隐患。传统的抑制机械谐振方法是对机械结构进行改进，使谐振频率远大于系统带宽，但是成本过高而且实施比较困难。近年来抑制机械谐振的主要手段包括主动抑制和被动抑制。目前最常用的方法还是被动抑制，在系统速度环中加入陷波器来降低谐振频率下的系统增益。

为了有效的抑制机械谐振，离线情况下适当设置陷波器的中心点频率、深度和宽度等参数尤为重要。但是在实际工程中，由于受到电气参数变化、负载惯性和转矩时变等复杂工况的影响，离线设置的陷波器的参数并不能实时匹配其固有的特性，而且抑制效果也不好，甚至谐振会更加严重。因此，为了提高伺服控制性能和智能化水平，需要对陷波器参数进行自整定。现有技术中采用了一种基于插值快速傅里叶变换和改进的ANF的自适应频率估计算法，实现谐振信号的快速估计，但它依赖于FFT频率检测的速度。现有技术中采用了提出一种改进的增强型锁相环，改进自适应陷波滤波器在阻尼振荡分析中的应用，估计振幅、相角、频率和阻尼因子，仿真结果验证解析推导和性能，但精度有待提高。现有技术中采用了给出与估计频率和实际频率之差成比例的动态行为，这允许选择与谐振频率值无关的估计参数，改进后的算法在抑制低频和高频共振方面效果明显，但算法收敛速度有待提高。

鉴于以上抑制方法的缺点，本发明拟采用基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法。其通过改进BFGS迭代优化算法，以最小化速度误差的代价函数为目的，可自动调节陷波器参数，实现在线抑制机械谐振。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于改进BFGS自适应陷波器的交流伺服系统机械谐振抑制方法，该方法包括以下步骤：

S1、获取伺服系统的运行参数，对伺服系统建立机械谐振模型；

S2、在伺服系统的速度调节器后面加入三参数陷波器，并对其进行数字化处理，陷波器采用双线性变化法设计；

S3、对伺服系统的输入和输出进行采样，得出由速度误差和陷波器参数组成的代价函数，提出改进BFGS迭代优化算法最小化速度误差的代价函数，实现自动调节陷波器参数，完成在线抑制机械谐振。

进一步地，本发明的步骤S1中的具体方法为：

伺服系统带弹性负载的机械部分包括：伺服电机、传动装置和负载，其中传动装置将伺服电机的运动和动力传给负载，从而控制负载的运动达到系统的要求；

伺服电机的机械方程为：

其中，J_m为电机转动惯量，ω_m为电机转速，T_e为电磁转矩，T_l为负载转矩，B_m为阻尼系数，t为时间；