[00128576]电机伺服驱动机械谐振抑制调控系统v1.0

①课题来源与背景 课题来源：国家自然科学基金（51967012） 背景：我国交流伺服水平取得了长足的进步,涌现出一大批优秀的伺服驱动控制企业与产品,如汇川伺服、等。但与国外优秀产品相比,由于起步较晚,仍然具有较大的差距,在柔性负载交流伺服驱动方面更是具有非常大的差距。典型的如日系的松下,安川等伺服驱动器,在驱动柔性负载时,往往可以通过自带的自适应陷波滤波器,自动检测谐振频率,对谐振进行抑制,从而保障运行稳定性。三菱最新的MR-J4 系列伺服产品使用所谓的自适应滤波器可自动抑制弹性环节产生的共振。安川的Σ-V伺服驱动器,甚至具有多个自适应的陷波滤波器,可以有效的滤除多个谐振频率引起的谐振。而相比之下,国内伺服产品往往并没有针对柔性负载专用的功能,或者仅仅具有简单的陷波滤波器功能,并且,参数需要手工设定,使用起来极不方便,因而,针对包含柔性负载的伺服驱动系统的研究,对提升我国伺服驱动系统的技术水平和产品竞争力具有重要的意义。 ②研究目的及意义：随着社会的发展和科技的进步,我国制造业产业升级的不断推进,伺服系统的发展也日臻完善,为我国伺服产业的发展提供了巨大的市场,在当今社会,伺服系统由于其不仅具有高精度的控制性能、而且具有优异的动态性能,还具有对信号实时跟踪的特性等。因此在社会生产生活的传动领域中的地位变得越来越重要,成为其中不可或缺的重要组成部分。现代科学技术飞速发展,其中就包括电机学、自动控制理论、电力电子技术等,这些理论的飞速发展在一定程度上也促使伺服系统性能的各个方面得到了很大提高。在现代工业、航空航天和国防等高科技领域,伺服系统的优异性能使得其在这些领域占据不可或缺的地位。而且因其融合了电气、机械、自动化、信号处理等技术的独特优势又被应用于数控机床、工业、医疗机器人等智能领域。大到国防科技工业实体,小到出行运输、日常生产生活,伺服系统从方方面面服务于人们的生活。有调查显示,全球伺服市场中有近一半的份额是来自亚太地区,这就意味着中国将成为全球伺服传动与运动控制领域第一大市场,全球运动控制市场重心将进一步向中国转移。因此,随着国家经济的发展和制造能力的提升,更加高性能的伺服驱动系统的问世对于国家的发展具有深远的战略意义。 ③主要论点及论据 （1）电机伺服驱动机械谐振抑制调控系统是一款用来进行机械谐振抑制调控的软件,系统能够进行电机驱动控制模式选择、参数配置等操作,该系统具有多种电机驱动控制模式,同时支持单电机和多电机驱动测试环境。支持自定义管理规则设置,可以针对不同功能设置不同规则,能实时的查看数据信息,同时可以进行多电机协同运动控制。机械谐振频率落在伺服系统带宽内或者附近时,当有谐振频率转矩信号（包括电磁转矩或者负载变化）作用到机械传动系统中时,都可能引发持续的机械谐振,这不仅会引起电机转速振荡,降低控制系统性能,还可能伴随着噪声,严重时会损坏机械传动部件。因此本系统主要进行有效抑制机械谐振仿真实验,以提高伺服驱动系统性能的为主要功能。 （2）伺服电机驱动系统中的弹性连接装置会引发机械谐振。本系统仿真将转速中包含谐振频率的频率分量反馈补偿给电磁转矩处,使得系阻尼系数增大的同时能够保证系统动态响应性能。并给出参数设计方法,首先利用负载转速/电磁转矩间传递函数、负载转速/给定转速间传递函数分析反馈系数对机械谐振抑制效果的影响,为了得到最优控制性能,利用权衡系数对反馈系数进行评估,权衡抑制效果和系统整体响应性能而得出反馈系数最优取值范围;利用转速增量与输出电磁转矩增量的相位关系,得出滤波时间常数取值范围与轴系刚度系数和谐振频率的定量关系,测量出转速负反馈抑制方法对负载惯量变化的鲁棒性。 （3）目前主要有两类抑制机械谐振的措施,即被动方式和主动方式。被动方式是通过在速度环输出与电流环给定之间串入陷波滤波器抑制机械谐振,是目前主流的机械谐振抑制方法。该方法对谐振频率比较敏感,并且只能隔断前向通道的谐振频率,不适用于由转矩谐波或逆变器输出的谐波而引发的谐振。 （4）利用极点配置法对PI控制器进行设计,通过配置闭环系统传递函数的阻尼系数对系统性能加以改善,但无法抑制转速调节器饱和阶段的轴转矩振荡;基于谐振状态直接测量的机械谐振抑制,根据轴转矩传感器或者负载侧的位移、转速、加速度信息获得的谐振状态微调电磁转矩给定抑制机械谐振。基于状态观测器的反馈控制,其实质是观测出包含机械谐振频率的状态量,据此对电磁转矩给定进行反馈补偿,从而改变惯量比,使机械谐振频率增大到带宽以外,偏差较大时会引起系统不稳定。利用扰动观测器观测轴转矩,利用其微分补偿电磁转矩给定。 ④创造与创新 项目在多电机机械谐振抑制方面具有一定的创新性 ⑤社会经济效益、存在的问题 成果可应用于大型石油钻井平台转轴抑制黏滑振荡,风机轴机械谐振抑制提供良好的理论依据,和实验仿真。 ⑥历年获奖情况 无。