基于可调惯量比的低频谐振抑制

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010735222.3(22)申请日 2020.07.27(71)申请人 广东博智林机器人有限公司地址 528000 广东省佛山市顺德区北滘镇顺江居委会北滘工业园骏业东路11号东面办公室二楼201-11(72)发明人 王先通　梁海星　朱洪顺　徐茂盛　(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙) 11463代理人 蒋姗(51)Int.Cl.G05D 19/02(2006.01)(54)发明名称低频振动抑制方法、装置、伺服控制器及存储介质(57)摘要本申请提供一种低频振动抑制方法、装置、伺服控制器及存储介质，涉及伺服驱动技术领域。

所述方法包括：获取运动规划后的输入指令；基于机械系统的振动参数，采用基于输入整形的指令处理规则对所述输入指令进行处理，获得输出指令；通过伺服控制位置环基于所述输出指令对所述机械系统进行伺服控制。

上述方法在伺服控制器中基于输入整形的指令处理规则对输入指令进行处理后对机械系统进行伺服控制，不需要引入上位机进行指令处理，提高了低频振动抑制的灵活性和适用性。

权利要求书2页 说明书12页 附图5页CN 111857201 A 2020.10.30C N 111857201A1.一种低频振动抑制方法，其特征在于，应用于伺服控制器，所述方法包括：获取运动规划后的输入指令；基于机械系统的振动参数，采用基于输入整形的指令处理规则对所述输入指令进行处理，获得输出指令；通过伺服控制位置环基于所述输出指令对所述机械系统进行伺服控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取运动规划后的输入指令，包括：从上位机获取运动指令和运动参数；基于所述运动指令和所述运动参数进行运动规划后获得所述输入指令。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于机械系统的振动参数，采用基于输入整形的指令处理规则对所述输入指令进行处理，获得输出指令之前，所述方法还包括：从上位机获取所述振动参数，所述振动参数包括抑振频率与抑制阻尼比。

《伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现》一、引言伺服系统作为现代工业自动化控制的核心组成部分，其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个系统的运行效果。

然而，在实际应用中，伺服系统常常会遇到机械谐振问题，这会导致系统性能下降，甚至出现故障。

因此，研究并实现有效的机械谐振抑制方法，对于提高伺服系统的性能和稳定性具有重要意义。

本文将针对伺服系统机械谐振抑制方法进行研究，并探讨其实现方式。

二、伺服系统机械谐振问题分析伺服系统中的机械谐振问题主要由于系统内部或外部的振动引起。

这些振动会导致系统输出信号的失真，影响系统的稳定性和精度。

谐振问题在高速、高精度和高负载的伺服系统中尤为突出。

分析其原因，主要包括系统刚度不足、阻尼不足、参数匹配不当等。

三、机械谐振抑制方法研究针对伺服系统中的机械谐振问题，本文提出以下几种抑制方法：1. 优化系统结构与参数：通过提高系统刚度和阻尼，改善系统参数匹配，从而减少机械谐振的发生。

这包括优化机械结构、调整控制器参数等。

2. 引入滤波技术：在伺服系统中引入滤波器，对输入信号进行滤波处理，以消除或减小谐振成分。

这包括数字滤波器和物理滤波器等。

3. 智能控制策略：采用智能控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，对伺服系统进行控制，以实现机械谐振的主动抑制。

4. 阻抗匹配技术：通过调整伺服系统与外部设备的阻抗匹配，减小振动传递，从而抑制机械谐振。

四、实现方法与实验验证针对上述抑制方法，本文进行了实验验证和实现：1. 优化系统结构与参数：通过理论分析和仿真验证，确定了最佳的系统结构和参数配置。

在实际应用中，对系统结构进行了优化改进，并对控制器参数进行了调整，有效降低了机械谐振的发生。

2. 引入滤波技术：在伺服系统中引入了数字滤波器，对输入信号进行滤波处理。

实验结果表明，该方法能有效消除或减小谐振成分，提高系统性能。

3. 智能控制策略：采用模糊控制算法对伺服系统进行控制。

通过实验验证，该方法能实现机械谐振的主动抑制，提高系统的稳定性和精度。

基于FILADRC控制的双惯量伺服系统主动谐振抑制策略研究基于FILADRC控制的双惯量伺服系统主动谐振抑制策略研究摘要：随着科学技术的迅猛发展和人们对精确控制的需求逐渐增加，伺服系统在工业自动化领域得到了广泛应用。

然而，伺服系统在实际工作中常常面临着谐振问题，这对系统的性能和稳定性产生了负面影响。

本文通过引入FILADRC（Fractional Order Linear Active Disturbance Rejection Control）控制策略，针对双惯量伺服系统的主动谐振抑制问题进行了研究。

关键词：伺服系统，主动谐振抑制，FILADRC，双惯量1. 引言伺服系统作为一种常见的控制系统，在工业自动化领域扮演着重要角色。

伺服系统通常由控制器、执行器和传感器等组成，旨在实现对输出信号的精确控制。

然而，由于各种内外部因素的干扰，伺服系统往往会出现谐振现象。

谐振会导致系统产生振荡，降低控制的精度和稳定性，甚至损坏系统。

2. FILADRC控制策略概述FILADRC是一种基于分数阶微积分和主动干扰抑制控制思想的控制策略。

FILADRC通过引入分数阶微积分控制器来抵消主动干扰，实现对系统的精确控制。

其核心思想是通过分数阶控制器中的积分项对干扰进行抑制，从而提高系统的抗干扰能力和稳定性。

3. 双惯量伺服系统建模双惯量伺服系统是一种常见的伺服系统结构，由两个惯量通过传动机构连接而成。

本文假设该系统无外部干扰，以简化问题分析。

系统的数学模型可以表示为：\[J_1\dot{\omega}_1 = -B_1\omega_1 - K_1\theta +F_d\]\[J_2\dot{\omega}_2 = -B_2\omega_2 + K_2\theta\] 其中，\(J_1\)和\(J_2\)分别表示两个惯量的转动惯量，\(B_1\)和\(B_2\)分别表示两个惯量的摩擦阻尼系数，\(K_1\)和\(K_2\)分别表示两个惯量的刚度系数，\(\omega_1\)和\(\omega_2\)分别表示两个惯量的角速度，\(\theta\)表示输出角度，\(F_d\)表示扰动。

第 43 卷第 4 期2023 年 8 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 4Aug.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis基于MACSF的移动机械臂振动抑制轨迹规划方法*邵继升1，李团结1，宁宇铭1，张琰1，2，李刚2，姚聪1（1.西安电子科技大学机电工程学院西安，710071）（2.北京镁伽机器人科技有限公司北京，100085）摘要为满足移动机械臂高精度、低抖动的作业需求，提出一种基于修正非对称组合正弦函数（modified asymmetry combined sine function，简称MACSF）的振动抑制轨迹规划方法。

首先，针对传统非对称组合正弦函数（asymmetry combined sine function，简称ACSF）存在加速度突变、启停阶段不稳定等问题，以驱动函数加加速度连续平滑为目标，采用改进型组合正弦函数设计加加速度时间窗口中的加速阶段和减速阶段，以降低移动机械臂的关节力矩波动；其次，通过叠加组合方法求出满足约束条件的通用型驱动函数；最后，基于机器人操作系统（robot operating system ，简称ROS）搭建移动机械臂抑振算法验证平台，并使用该平台在样机场景下进行了一系列实验验证。

结果表明，MACSF方法能够有效抑制移动机械臂的瞬态振动和残余振动（动态作业过程中振幅优于1 mm），从而验证了该方法的有效性和实用性。

关键词移动机械臂；非对称组合正弦函数；轨迹规划；振动抑制；机器人操作系统中图分类号TP242；TH113.11 问题的引出随着现代化工业的快速发展，传统固定基座的桌面型机械臂已无法满足现代化工业的需求。

移动机械臂在物料搬运、目标检测抓取等方面具有运动范围广、灵巧性高等优势［1］，但在点到点作业过程中存在运动轨迹不光滑、关节驱动不柔顺等缺陷，会产生不必要的振动现象。

这些振动不仅降低了移动机械臂的作业精度与质量，还损害了机械结构的完整性。

《伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现》一、引言伺服系统作为现代工业自动化控制的核心，其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个系统的运行效果。

然而，在实际应用中，伺服系统常常会遇到机械谐振问题，这不仅影响了系统的精度和稳定性，还可能导致设备的损坏和寿命的缩短。

因此，如何有效地抑制伺服系统的机械谐振成为了一个亟待解决的问题。

本文旨在研究并实现一种有效的伺服系统机械谐振抑制方法。

二、机械谐振现象分析伺服系统的机械谐振主要由系统内部结构和外部环境的多种因素共同引起。

例如，系统的刚度、阻尼、惯量以及外界的振动和噪声等都可能引发谐振现象。

机械谐振会表现为系统输出信号的频率成分与输入信号不一致，从而导致系统的运动失控、精度下降甚至系统瘫痪。

三、现有谐振抑制方法分析目前，针对伺服系统机械谐振的抑制方法主要有以下几种：一是通过优化系统结构参数，如增加系统的刚度或调整阻尼系数等；二是通过引入滤波器或控制器来消除谐振；三是通过优化控制算法，如采用先进的控制策略或引入智能算法等。

这些方法虽然在一定程度上能够抑制机械谐振，但也存在一些不足，如效果有限、成本高或实现复杂等。

四、新方法研究针对现有方法的不足，本文提出了一种新的伺服系统机械谐振抑制方法。

该方法主要通过分析系统内部结构和工作原理，寻找出引发谐振的主要因素。

然后，通过调整伺服控制策略和优化系统参数来实现对机械谐振的有效抑制。

具体步骤如下：1. 深入分析伺服系统的结构和工作环境，找出引发谐振的主要因素。

2. 引入先进的控制算法和优化技术，如模糊控制、神经网络等，以实现对系统参数的自动调整和优化。

3. 设计一种新型的滤波器或控制器，以消除由外部环境和内部结构引起的谐振。

4. 通过实验验证新方法的可行性和有效性，并根据实验结果进行参数调整和优化。

五、实现与实验结果根据上述方法，我们成功实现了伺服系统机械谐振的抑制。

在实验过程中，我们采用了先进的测试设备和软件，对系统进行了全面的测试和分析。

电气传动2015年第45卷第1期基于PI 控制的双惯量弹性系统机械谐振的抑制王璨，杨明，徐殿国（哈尔滨工业大学电气与自动化工程学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：伺服驱动系统中传动机构的弹性装置随着控制刚度的增加将引发机械谐振。

针对此问题，通过Simulink 仿真工具建立系统模型，分别采用相同半径、相同阻尼系数、相同实部3种不同极点配置方案设计PI 参数，进而调节系统极点位置，减小系统振荡。

仿真结果表明系统抑制谐振能力与负载-电机惯量比R 密切相关，应根据不同R 值选择相应配置方案。

此外，还通过仿真对比传统PI 控制与IP 控制的区别，传统PI 控制相当于为4阶系统增加一不可自由配置的零点。

关键词：双惯量系统；机械谐振；主动抑制；极点配置法；惯量比中图分类号：TN911.22文献标识码：AMechanical Resonance Suppression of the Elastic Two ⁃inertia System Based on PI ControlWANG Can ，YANG Ming ，XU Dian ⁃guo（Dept of Electrical Engineering ，Harbin Institute of Technology ，Harbin 150001，Heilongjiang ，China ）Abstract:Elastic device of the transmission mechanism in the servo drive system will lead to mechanicalresonance with increasing control stiffness.For this problem ，a simulation model was built in Simulink tools ，using three different pole configuration programs with the same radius ，the same damping coefficient and the same real part respectively to design the PI parameters ，and then adjusted the position of zeros and poles to reduce the systemoscillations.The simulation results show that the capacity of suppressing resonance is closely related to the load ⁃motor inertia ratio R ，we should select the appropriate configuration program based on different R values.In addition ，the difference between the conventional PI control and the IP control was compared through the simulation ，theconventional PI control is equivalent to increase a non ⁃free configured zero for the fourth ⁃order system.Key words:two ⁃inertia system ；mechanical resonance ；active suppression ；pole placement method ；inertia ratio基金项目：国家科技重大专项（2012ZX04001051）作者简介：王璨（1989-），女，硕士，Email ：****************实际伺服驱动系统中的机械传动部分由于弹性的存在必然会带来机械谐振，机械谐振会导致系统转矩、转速、机械装置等共同振荡。

基于负载转矩反馈的机械谐振抑制方法毛仁超;沈安文【期刊名称】《计算技术与自动化》【年(卷),期】2014(000)001【摘要】柔性环节带来的机械谐振是制约伺服系统性能提升的一个关键问题。

通过对伺服系统机械谐振的原理阐述，分析引起伺服系统机械谐振的两种原因。

利用加速度反馈的方法可以等效增大电机惯量，从而抑制机械谐振。

本文提出一种基于卡尔曼滤波器的惯量比可调负载转矩反馈方法，并通过确定最优惯量比进而计算得到负载转矩反馈系数。

基于卡尔曼滤波器设计负载转矩观测器，再将观测到的负载转矩反馈到电流环给定中。

通过matlab对观测器及负载转矩反馈抑制机械谐振效果进行仿真验证。

%The mechanical resonance caused by flexible connection is a constraint of servo system performance.With ex-pounding the mechanism of mechanical resonance,two reasons causing vibration are analyzed.The mechanical resonance can be suppressed by acceleration feedback which can increase the motor equivalent inertia.In this paper,an adjustable inertia ratio method of load torque feedback based on Kalman filter is presented,and the coefficient of load torque feedback can be calculated by the optimal inertia ratio.After that,a load torque observer is designed by Kalman filter,then the observed torque is feedback to the reference of current loop.The performances of the observer and the mechanical resonance sup-pressed by load torque feedback are verified by matlab simulation.【总页数】5页(P19-23)【作者】毛仁超;沈安文【作者单位】华中科技大学自动化学院，湖北武汉 430074;华中科技大学自动化学院，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TP23【相关文献】1.基于负载位置反馈的永磁同步电机驱动柔性负载谐振抑制方法 [J], 丁有爽;肖曦2.基于扰动转矩反馈的机械谐振抑制方法 [J], 咸明辉;罗欣;沈安文;刘峰3.基于加速度反馈的柔性系统机械谐振抑制研究 [J], 金杰;王爽;黄苏融4.基于高阶滑模和加速度反馈的机械谐振抑制方法 [J], 于晶;冯勇;郑剑飞5.基于转速反馈增量补偿的永磁同步电机柔性负载谐振抑制方法 [J], 黄全安;於锋;周陈辉;张雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。