數(shù)字伺服系統(tǒng)機(jī)械諧振頻率偏移現(xiàn)象機(jī)制分析及實(shí)驗(yàn)研究

張軍，陳揚(yáng)洋，張杰，楊明

(1.廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州 510000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001)

0 前言

數(shù)字伺服控制系統(tǒng)由于能夠提升生產(chǎn)效率和方便調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等高精密工業(yè)制造和生產(chǎn)場(chǎng)合中有著廣泛的運(yùn)用。伺服系統(tǒng)中電機(jī)和負(fù)載之間往往通過諧波齒輪、滾軸絲杠、傳動(dòng)皮帶等柔性傳動(dòng)裝置相連接，以提高設(shè)備的兼容性和降低裝置的成本。在控制理論中，控制器的高增益往往代表著良好的性能。但相比剛性傳動(dòng)，柔性傳動(dòng)在高增益下更容易出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而引發(fā)機(jī)械諧振，產(chǎn)生噪聲污染，降低加工精度。因此，如何在保持高帶寬的同時(shí)進(jìn)行諧振抑制，已經(jīng)成為提高伺服性能的一個(gè)關(guān)鍵課題。

關(guān)于機(jī)械諧振抑制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量研究，采用的方法主要分為兩大方面：一方面從機(jī)械特性入手，通過修改機(jī)械結(jié)構(gòu)或更改結(jié)構(gòu)材料，以提高機(jī)械諧振的峰值頻率或增加阻尼以降低諧振峰值：如增加電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或降低負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改變傳動(dòng)結(jié)構(gòu)或材料以提高傳動(dòng)剛性等，但其成本較高且適用范圍窄；另一方面則是通過在伺服系統(tǒng)中加入控制器、濾波器等環(huán)節(jié)改善系統(tǒng)閉環(huán)特性來抑制機(jī)械諧振。該方式的諧振抑制策略主要分為以下幾類：(1)通過增加傳感器或狀態(tài)觀測(cè)器的方式引入狀態(tài)反饋；其中，文獻(xiàn)[13-14]均利用加速度反饋有效增加電機(jī)端慣性矩從而降低驅(qū)動(dòng)對(duì)機(jī)械共振的敏感度；……