CN103986404B - 用于信号重构的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于位置指令信号重构的方法，包括：对输入的原始指令信号进行微分处理；对微分处理后的指令信号进行陷波滤波处理；对陷波滤波后的指令信号进行积分处理；对所述陷波滤波后的指令信号进行加权处理；将加权处理后的指令信号和积分处理后的指令信号进行叠加，获得新的指令信号。本发明还公开一种用于位置指令信号重构的装置。本发明实施例的方案对末端抖振抑制的效果，定位末端抖振得到了很好的抑制，并且相对采用一般陷波滤波方法的效果而言，位置定位的响应的速度得到了加快，提升了伺服系统的性能。
Description
技术领域
本发明属于伺服系统位置控制领域，尤其涉及一种用于信号重构的方法和装置。
背景技术
在伺服系统中，位置环环路较长，采样延时问题严重，定位时往往会出现超调甚至抖振。
尤其在实际应用的系统中，电机与负载的连接装置的刚度有限，应为一个弹性环节。由建模分析可得，连接装置的弹性为系统引入了抖振点，这加剧了实际系统定位时负载末端的抖振情况。而定位末端抖振，限制了伺服系统响应快速性能的提升、降低了生产效率、引入了安全隐患。因此，采用定位末端抖振抑制的技术很有必要的。
不采用抖振抑制方法的伺服系统，通过降低系统刚度来避免定位末端抖振的发生，这显然牺牲了伺服系统的定位响应速度，不利于提高伺服的综合性能。
采用一般的抖振抑制方法的伺服系统，如图11所示，主要是通过在位置指令后直接加入低通滤波器。使用低通滤波器，在谐振点处会有幅频特性和相频特性的衰减。这样虽能一定程度上抑制定位末端抖振，但其局限性在于滤波器的加入会引起位置响应的相角滞后，定位响应的快速跟随性不理想。
因此，在抑制末端抖振的基础上同时提高定位响应的快速性，是现阶段研究伺服系统的难点，也是本发明所要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种基于位置指令信号重构的方法，以在抑制末端抖振的基础上同时提高定位响应的快速性。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
在一些说明性实施例中，所述用于信号重构的方法包括：对输入的原始指令信号进行微分处理；对微分处理后的指令信号进行陷波滤波处理；对陷波滤波后的指令信号进行积分处理；对所述陷波滤波后的指令信号进行加权处理；将加权处理后的指令信号和积分处理后的指令信号进行叠加，获得新的指令信号。
在一些实施例中，所述加权处理中的加权系数Kcmp与所述陷波滤波处理中的陷波中心频率ω0、陷波宽度k1和陷波深度k2相关联。
在一些实施例中，
在一些实施例中，所述原始指令信号是位置指令信号。
本发明的另一个目的是提出一种用于信号重构的装置。
在一些实施例中，所述用于信号重构的装置包括：对输入的原始指令信号进行微分处理的微分器；对微分处理后的指令信号进行陷波滤波的陷波滤波器；对陷波滤波后的指令信号进行积分处理的积分器；对所述陷波滤波后的指令信号进行加权处理的加权器；和，将所述加权器输出的信号和所述积分器输出的信号进行叠加的加法器；所述加法器的输出信号即为新的指令信号。
在一些实施例中，所述陷波滤波器为双T型陷波滤波器。
在一些实施例中，所述加权器的加权系数Kcmp与所述陷波滤波器的配置参数有关联。
在一些实施例中，所述陷波滤波器的配置参数包括陷波中心频率ω0、陷波宽度k1和陷波深度k2相关联。
在一些实施例中，
在一些实施例中，所述原始指令信号是位置指令信号。
本发明实施例的方案对末端抖振抑制的效果，定位末端抖振得到了很好的抑制，并且相对采用一般陷波滤波方法的效果而言，位置定位的响应的速度得到了加快，提升了伺服系统的系能。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
说明书附图
图1是不采用末端抖振抑制方法的弹性连接装置的位置环传输函数框图；
图2是采用一般末端抖振抑制方法的弹性连接装置的位置环传输函数框图；
图3是本发明采用的位置信号重构方法的位置环传输函数框图；
图4是位置斜坡给定下未采用抖动抑制方法的位置响应；
图5A是普通低通滤波器的伯德图；
图5B是“双T”型陷波滤波器的伯德图；
图6A位置斜坡给定下采用低通滤波方法的抖振抑制效果图；
图6B位置斜坡给定下采用低通滤波方法的速度响应；
图7A位置斜坡给定下采用陷波滤波方法的抖振抑制效果图；
图7B位置斜坡给定下采用陷波滤波方法的速度响应；
图8位置斜坡给定下采用低通滤波器和陷波滤波方法的抖振抑制效果对比图；
图9位置斜坡给定下采用本发明重构补偿方法和采用陷波滤波方法的抑制效果对比图；
图10位置斜坡给定下采用本发明实施例的速度响应；
图11示出了一般的抖振抑制方法的伺服系统；
图12示出了本发明的一个用于信号重构的实施例。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
由于本发明提出的位置信号重构是在“不采用抑制方法的系统”和“采用一般抑制方法的位置系统”结构的基础上得到的，因此本发明具体的实施反方式将在与后两者比较中给出，并且配合附图来对各个实例进行说明。
图1示出了不采用抑制方法的普通伺服系统位置环的传输函数的框图，参考标号1是位置调节器，参考标号2是速度调节器，参考标号3是电流环简化后的转矩系数，参考标号4是对弹性连接装置的传输函数的模型部分。标号5部分输出的电机侧的速度指令ω1，经过标号5所示积分器得到位置反馈θ1。标号6部分的输出，经过弹性模型的计算，得到了负载侧的位置信号θ2。观察负载侧的位置信号θ2的波形，如图4所示，即为由连接装置的弹性引起定位末端抖振的情形。
图11示出了一般的抖振抑制方法的伺服系统，在该系统中采用低通滤波器或陷波滤波器对指令信号进行滤波处理。图2示出了采用一般滤波方法的位置环传输函数的框图，标号7为低通滤波器或者陷波滤波器。图5A-5B示出了低通滤波器和陷波滤波器的伯德图，在谐振点附近幅频特性、相频特性均出现衰减。图6A-6B示出了两种方法的抑制效果和相角滞后的情形，图7A-7B示出了两种方法的速度响应情形，基本消除了抖动和超调。但两种方法在抑制负载定位末端抖振的同时也引起了位置响应的相角滞后。图8对两种方法的抑制效果进行了对比，陷波滤波器的性能更佳。
图12示出了本发明的一个用于位置指令信号重构的实施例。
在该实施例中，对指令信号进行重构的系统包括微分器S21、陷波滤波器S22、积分器S23、加权器S24和加法器S25。其中，微分器S21对输入的原始指令信号进行微分处理，陷波滤波器S22对微分处理后的指令信号进行陷波滤波，积分器S23对陷波滤波后的信号进行积分处理，获得新的指令信号。加权器S24对陷波滤波后的信号进行加权处理，加法器S25用于将加权器S24输出的信号和积分器S23输出的信号进行叠加，以对积分器S23输出的新的指令信号进行补偿。经过补偿的新的指令信号作为重构后的指令信号被输入伺服系统S11。
在一些实施例中，当原始指令信号为位置指令信号时，位置指令信号经过微分器S21后，转换为速度指令信号。陷波滤波器S22对速度指令信号进行陷波滤波处理后，积分器S23对滤波后的速度指令信号进行积分处理，再次将速度指令信号转换为新的位置指令信号。加权器S24对滤波后的速度指令信号进行加权处理，在加法器S25对新的位置指令信号进行相角补偿。经过相角补偿的新的位置指令信号作为重构后的位置指令信号被输入伺服系统S11。
在一些较佳的实施例中，可以选择采用“双T”型陷波滤波器用于信号重构。
图3示出了加入位置信号重构的位置环传输函数的框图。与图2相比，主要区别在于：加入标号7所示性能更好的“双T”型陷波滤波器、标号8所示动态补偿环节系数、标号9所示位置微分环节、标号10所示位置微分环节。
在一些实施例中，加权器的加权系数Kcmp与“双T”型陷波滤波器参数配置相关联。
在一些较佳的实施例中，所述加权器的加权系数Kcmp与所述陷波滤波器的陷波中心频率ω0、陷波宽度k1和陷波深度k2相关联。
在一些较佳的实施例中，
图9示出了采用本发明实施例的方案对末端抖振抑制的效果，定位末端抖振得到了很好的抑制，并且相对采用一般陷波滤波方法的效果而言，位置定位的响应的速度得到了加快，提升了伺服系统的系能。图10示出了采用本发明方法的系统在定位时的速度响应。超调和抖振都得到了消除。
以上参照附图说明了本发明的实施例，并非因此局限本发明的权利范围。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种用于信号重构的方法，其特征在于，包括：
对输入的原始指令信号进行微分处理；
对微分处理后的指令信号进行陷波滤波处理；
对陷波滤波后的指令信号进行积分处理；
对所述陷波滤波后的指令信号进行加权处理；
将加权处理后的指令信号和积分处理后的指令信号进行叠加，获得新的指令信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权处理中的加权系数Kcmp与所述陷波滤波处理中的陷波中心频率ω0、陷波宽度k1和陷波深度k2相关联。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述原始指令信号是位置指令信号。
5.一种用于信号重构的装置，其特征在于，包括：
对输入的原始指令信号进行微分处理的微分器；
对微分处理后的指令信号进行陷波滤波的陷波滤波器；
对陷波滤波后的指令信号进行积分处理的积分器；
对所述陷波滤波后的指令信号进行加权处理的加权器；和，
将所述加权器输出的信号和所述积分器输出的信号进行叠加的加法器；
所述加法器的输出信号即为新的指令信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述陷波滤波器为双T型陷波滤波器。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述加权器的加权系数Kcmp与所述陷波滤波器的配置参数有关联。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述陷波滤波器的配置参数包括陷波中心频率ω0、陷波宽度k1和陷波深度k2相关联。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
10.如权利要求5至9任一项所述的装置，其特征在于，所述原始指令信号是位置指令信号。
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