ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ２Ｏ１０ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．７ 电气传动 ２０１０年 第４Ｏ卷 第７期 基于可调惯量比的伺服系统低频谐振控制 黄梁松 ，曲道奎 。，徐方 。，邹风山 。 （１．中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳１１００１６； ２．中国科学院研究生院，北京１０００４９； ３．新松机器人自动化股份有限公司，辽宁沈阳１１０１６８） 摘要：在传动系统中，由大惯量负载和弹性连接轴所引起的低频谐振现象会使负载在运动过程中产生低频 振动，影响系统的运动控制性能。在设计扰动观测器的基础上提出了可调惯量比的控制策略，通过在控制回路 中调节负载惯量与电机转子惯量的比值至理论推导的最优值，实现了同时对电机输出轴和负载的低频干扰抑 制，使伺服系统可以有效控制大惯量负载进行平稳运动，理论分析与仿真实验均证实了该方法的可行性。 关键词：伺服系统；低频谐振；扰动观测器；可调惯量比 中图分类号：ＴＰ１３ 文献标识码：Ａ Ｓｅｒｖｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｂａｓｅ ｏｎ Ａａ．ｉｕｓｔａｂｌｅ Ｉｎｅｒｔｉａ Ｒａｔｉｏ ＨＵＡＮＧ Ｌｉａｎｇ—ｓｏｎｇ ，ＱＵ Ｄａｏ—ｋｕｉ ，ＸＵ Ｆａｎｇ ～，ＺＯＵ Ｆｅｎｇ—ｓｈａｎ ’。 （１．ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ； ３．ＳＩＡＳＵＮ Ｒｏｂｏｔ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６８，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｒｉｓｉｎｇ ｆｒｏｍ ｌａｒｇｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｌｏａｄ ａｎｄ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｈａｆｔ ｃａｕｓｅｓ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｗｏｒｋｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｄｅｇｒａｄｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ Ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｎ ａｄｊ ｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｂｅ— ｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｉｓ ａｄｊ ｕｓｔｅｄ ｔＯ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｒａｔｉｏ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｔｈｅ ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｔＯ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｌｏａｄ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｔｈｉｓ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｌｌｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｌｏａｄ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ａｎｄ ｓｔｅａｄｉｌｙ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｃｅｐｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ；ｌＯＷ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ 在工业机器人、数控机床等需要进行高速高 严重的低频干扰。使用低通或带通滤波滤除低频 精度运动控制的传动系统中，保证各传动部件的 谐振会引起系统响应的严重滞后，影响系统的稳 高刚度连接是很有必要的，但由于体积、重量、成 定性，而单纯改进速度控制器也不能很好地消除 本等因素的，使得传动系统在运动过程中会 低频谐振干扰，因此如何抑制低频谐振是先进伺 因为刚性不足而出现不同频率和幅值的机械谐振 服控制系统的关键技术之一。 现象。谐振会削弱系统的响应速度、定位精度，甚 目前对低频谐振控制的研究主要包括采用各 至严重降低系统的稳定性＿１］。 种加速度反馈技术和构建状态、干扰等各类观测器 不同频率的机械谐振有不同的抑制方式，频 进行补偿［３ 等。采用加速度反馈通常会削弱系 率大于伺服系统速度环带宽的中高频谐振，一般 统的快速响应能力，而观测器则不能有效地观测低 采用低通或陷波滤波处理Ⅲ２］。而由大惯量负载和 频谐振系统中大惯量负载的运动变化。本文在扰 高弹性连接轴激发的频率小于速度环带宽的低频 动观测器的基础上提出了可调惯量比的控制策略， 机械谐振会直接反馈到伺服系统的速度环，产生 通过在速度控制回路中调节负载惯量与电机转子 基金项目：国家科技重大专项资助（２００９ＺＸ０２０１２） 作者简介：黄梁松（１９７８一），男，博士研究生，Ｅｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｌｓ＠ｓｉａ．ｃａ ６１ 电气传动 ２０１０年 第４Ｏ卷 第７期 黄粱松，等：基于可调惯量比的伺服系统低频谐振控制 惯量的比值至理论推导的最优值，实现了对低频谐 振的有效抑制和对大惯量负载的平稳控制，理论推 导与仿真实验均证实了该方法的可行性。 的谐振角频率和反谐振角频率。 其值分别为 一１ 低频谐振系统模型 连接轴为弹性并具备低频谐振特性的传动系 统可称为两惯量低频谐振系统。图１是两惯量低 √Ｋ ｃ ＋去 一√鲁 ｃ５ 系统惯量比（负载惯量与电机转子惯量的比 值）Ｒ和谐振比（谐振角频率与反谐振角频率的比 值）Ｈ分别为 频谐振系统的物理模型，两惯量分别为电机转子 惯量．厂Ｍ，负载惯量 弹性连接轴的弹性系数为 Ｒ一 Ｈ一 ＣＯ ｒ一√ ＋ 一￣／而（６） Ｋ ，连接轴的扭转转矩为Ｔ ，电机的输出转矩和 负载转矩分别为Ｔ 和丁 电机输出轴和负载的 旋转角速度分别为 Ｍ和叫 。 ∞ ∞ ）） ） ） 电机 负载 图１ 两惯量谐振系统物理模型 Ｆｉｇ．１ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｕａｌ ｉｎｅｒｔｉａ ｓｙｓｔｅｍ Ｃ、 馨 Ｕ／ 设电机和负载的旋转粘滞系数分别为Ｂ 和 啪。啪瑚啪 ０ 瑚 Ｂ ，电机转矩电流和转矩常数分别为ｉ 和Ｋ ，则 由图１可得电机输出轴、连接轴及负载的动力学 方程如下： ＪＭ由Ｍ—Ｋ丁ｉＴ—Ｔ．Ｒ—ＢＭ Ｍ （１） ＪＬ由Ｉ 一ＴＲ—ＴＬ—Ｂ１ Ｌ （２） ＴＲ—ＫＲ叫Ｍ—ＫＲ（ＵＩ （３） 由动力学方程可得谐振系统模型的方框图如 图２所示。 图２两惯量谐振系统方框图 Ｆｉｇ．２ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｕａｌ ｉｎｅｒｔｉａ ｓｙｓｔｅｍ 由图２可得电机转矩至电机输出轴角速度的 传递函数为 一÷丽牟 １ｓ ２ ＋ｃｏ２ａ （４） 一—ＪＭｓ５ ＋∞； … 式中：传递函数的极点ＣＯ 和零点ＣＯ 分别为系统 ６２ 低频谐振系统幅频和相频特性曲线见图３。 １０ ｏ）／ｒａｄ．Ｓ一。 图３低频谐振系统幅频和相频特性曲线 Ｆｉｇ．３ Ｂｏｄｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ｔｈｅ ＬＦ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ２扰动观测器 设计扰动观测器是伺服控制系统为了削弱外 部干扰而采用的一种控制策略。在两惯量谐振系 统中，利用传感器采集的速度值和电流值构建扰 动观测器观测低频谐振扰动并进行补偿，可以起 到抑制振动的作用，其基本原理如图４所示。 图４ 两惯量谐振系统扰动观测器原理框图 Ｆｉｇ．４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂ— ｓｅｒｖｅｒ ｏｆ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ 由于在实际系统中电流环的带宽远大于速度 环，因此可将电流环传递函数等效为１。图４观 测器中时间常数为 的一阶低通滤波器是为了 消除量测噪声和高频干扰。在该系统中，扰动观 测器观测的负载转矩被１００ 的反馈至电流环回 路。当系统惯量比和连接轴弹性形变较小时，使 用该策略可以有效地抑制干扰，但当惯量比和弹 黄梁松，等：基于可调惯量比的伺服系统低频谐振控制 性轴形变较大时，负载的运动相对于输出轴会有 较大滞后，从而产生大幅度的低频振动，如果原封 不动使用扰动观测器，则只能消除低频谐振对电 机输出轴的干扰，而无法消除对负载的低频干扰， 也就不能平稳控制大惯量负载的运动。 ３可调惯量比控制 ３．１控制原理 可调惯量比控制的基本思想是在扰动观测器 的基础上设置一个可调惯量比增益模块，调整模 块中的变量Ｋ，使扰动观测器观测的干扰转矩只 有１一Ｋ倍的观测值反馈至控制回路，改变了谐 振系统的惯量比和谐振频率，通过调整惯量比至 最优值，使得扰动观测器可以同时补偿电机输出 轴和负载的低频干扰，其基本原理如图５所示。 图５ 两惯量谐振系统闭调惯量比控制腺理框幽 Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ 为便于分析，设 ＋Ｊ 一１，Ｋ 一１，使惯量和 弹性系数固定。当低通滤波器的时间常数Ｚｎ一０ 时，由图４可知，可调惯量比控制系统的输出转矩 Ｔ，Ｍ至电机输出轴角速度∞ 的传递函数为 ＰＭＮ 一 ＯＡＭ一 ２ ２（７） 』Ｍ Ｊ ＭＮ ３ ３ ｌ ｒ 经过增益变量调节后的电机转子惯量 Ｍ 和谐振 频率ｃｕ 分别为 厂————Ｔ——— 一 ＪＭＮ Ｊ ／Ｋ ＣＯｒｎ Ｋ ＋ （８） 调节后的系统惯量比Ｒ 和谐振比Ｈ 分别为 ＲＮ—ＪＩ ／ＪＭＮ＝＝＝ＫＲ ＨＮ－￣－ ￣ｒｎ一√１＋ 一、／／ｒ 一￣／ｒ丽 （９） ３．２最优惯量比 可调惯量比控制的思想是在最优惯量比的前 提下使用扰动观测器消除低频谐振，因此如何确 定最优惯量比成为该控制策略的关键。系数图法 电气传动 ２０１０年 第４Ｏ卷 第７期 （ＣＤＭ）是Ｍａｎａｂｅ于１９９１年提出的一种代数控 制设计方法，其特点是设计过程简单高效，并能确 保控制系统的稳定性、鲁棒性和响应速度。系数 图法的设计内容主要集中在４个方面：系数图、系 数与瞬态响应的关系、稳定性条件和特征多项式 的建立口 ］。采用系数图法可以很方便地确定系 统的最优惯量比，其推导过程如下： 设 ：＝：１，ＪＭ 一１，将传递函数写成如下形式： ＰＭＮ㈤一 （１ｏ） Ｓ ｑｓ １ １， 则经过简化的速度环控制系统框图如图６所示。 图６速度环控制系统简化框图 Ｆｉｇ．６ Ｓｉｍｐｌｅ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ 闭环系统特征方程如下： Ｐ（ｓ）＝＝：Ｓ （１＋ｑｓ ）＋（ＫＰ５＋Ｋ１）（１－ｑ）（１＋ｓ ） 一日４ ５ ＋ａ３ 十ａ２ ５ ＋口１ ５＋ａ０ （１１） 根据系数图表法的设计规则，可得时间当量 常数ｒ和稳定性指数）， （ 一０，１，２，…）如下： ａｌｒ—‘口 ｏ Ｉ一 Ｋ （１一ｑ）ＫＩ一惫 … ７１一一 一差一 精 器 －ｚ Ｆ ｒ二 二 一 ．５ ，。 ｙ 一一 一差一 荨 一２ （１４，’ 一 一２ 由此可得： ｑ一５／１６ ＨＮ一４√５／５ ＲＮ一１１／５ （１６） 因此最优惯量比Ｊ ：ＪＭ 一２．２，增益变量Ｋ为 Ｋ＝：＝２．２／Ｒ （１７） ３．３最优时间常数 为了消除量测噪声的干扰同时又不影响扰动 转矩的观测，需要确定扰动观测器滤波器的最优 时间常数，其推导过程如下。 由图５可得转矩Ｔ，Ｍ至负载角速度ｃｕ 的传递 函数为 一（１＋ＲＮ）／ｓＸ （ｃ，： ｓ ＋｛１＋［１一ｌ／（ ｓ＋１）ＪＲ＋Ｅｌ／（丁ｑｓ＋１）ＪＲ ｝ （１８） 当低通滤波器的截止频率无限大，即丁０—０时可得： ６３ 电气传动 ２０１０年 第４Ｏ卷 第７期 黄梁松，等：基于可调惯量比的伺服系统低频谐振控制 丁Ｍ， ｓ ｓ ＋（１＋Ｎ） ： ５÷ ２㈣ ｓ ＋ 一 Ｒ一反之，当低通滤波器的截止频率无限小，即Ｔｑ— ｃ×。时可得： ．＿硼 皇毯 Ｔ，Ｍ 一 ５ ｓ ＋（１＋Ｒ）∞： ｓ÷ ｓ ＋ ： ㈣ ＝＝：图１Ｏ惯量比为２Ｏ时可调惯量比速度阶跃及抗扰响应曲线 可得两曲线的交点，即： Ｌ ２（１＋Ｒ ）， 一 ∞ （Ｒ －－Ｒ）￣／ｊ＿二Ｆ 千丽 （２１） 由此求得最优时间常数为 个１ 』０一一１＋（ＲＮ＋３Ｒ）／４ —— ＯＪａ １＋（３ＲＮ４－Ｒ）／４］［１４－（ＲＮ４－Ｒ）／２］ （２２） ４仿真及结果分析 为了验证算法的可行性，由图５构建控制系 统模型在Ｍａｔｌａｂ环境下进行仿真实验。电机惯量 为０．００１ ｋｇ・ｍ２，弹性系数为８００ Ｎ／ｍ，谐振角频率 为１００ Ｈｚ。实验共分两组，系统惯量比分别设为 ２Ｏ和５０，每组分别采用ＰＩ，ＰＩ＋扰动观测器、可调 ￥髓睡 惯量比等控制方式进行速度给定为１００ ｒ／ｒａｉｎ的阶 Ⅱ｝ｕＩ 跃响应实验，并在０．５ Ｓ处加入１Ｏ Ｎ・ＩＴＩ的阶跃干 扰转矩，实验结果如图７～图１４所示。 ２０ｏ Ｃ １００ 曲线 越０ 馨一１００ —２００ ｌ 图７惯量比为２Ｏ时调节惯量比前后幅频特性曲线 Ｆｉｇ．７ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ｕｎａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ２０ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ 图８惯量比为２Ｏ时ＰＩ速度阶跃及抗扰响应曲线 Ｆｉｇ．８ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ２０ 图９惯量比为２Ｏ时Ｐ１＋扰动观测器速度阶跃及抗扰响应曲线 Ｆｉｇ．９ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ２０ ６４ Ｆｉｇ．１０ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ２０ ２００ ｌ００ 幅频曲线 ０ 一ｌ００ —２００ １ 图１１惯量比为５Ｏ时调节惯量比前后幅频特性曲线 Ｆｉｇ．１ １ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ｕｎａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ５０ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ 图１２惯量比为５０时ＰＩ速度阶跃及抗扰响应曲线 卜ｕ【Ⅲ童髓 ｕ！Ⅲ．皇髓幽 Ｆｉｇ．１２ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ５０ 图１３惯量比为５Ｏ时ＰＩ＋扰动观测器速度 阶跃及抗扰响应曲线 Ｆｉｇ．１３ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ５０ 图１４惯量比为５０时司调惯量比速度阶跃及抗扰响应曲线 Ｆｉｇ．１４ Ｓｔｅｐ ａｎｄ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｈｅｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｒａｔｉｏ ｉｓ ５０ 由图８和图１２可见，速度环采用传统ＰＩ控 制无法有效克服强低频扰动，惯量比越大系统收 敛越困难；由图９和图１３可见，采用ＰＩ＋扰动观 测器控制虽然可补偿电机输出轴的低频干扰，但 却不能快速消除谐振对负载的扰动，无法实现负 载的平稳控制；由图１０和图１４可见，采用可调惯 量比控制后，负载的惯量经过调节与电机惯量形 曩Ⅱ．皇髓 黄梁松，等：基于可调惯量比的伺服系统低频谐振控制 电气传动 ２０１０年 第４Ｏ卷 第７期 Ｅｌｅｖａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ［ｃ］∥Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｔｈｉｒｔｙ—ｆｏｕｒｔｈ ＩＡＳ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ １９９９ ＩＥＥＥ，１９９９：１３７５—１３７９． 成了最优惯量比，消除了低频谐振对电机输出轴 和负载的干扰，有效抑制大惯量负载的低频振动， 实现了对大惯量负载的平稳控制。 Ｅ４３ Ｙｏｕｎｋｉｎ Ｇ Ｗ．Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｅｒ— ５ 结论 本文针对目前伺服系统较难解决的低频谐振 ｖｏ Ｄｒｉｖｅｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｓ ｗｉｔｈ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｅｃ］ｆ｝／Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｉｒｔｙ—ｎｉｎｔｈ ＩＡＳ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ２００４ ＩＥＥＥ， ２００４：１８８１—１８９０． 抑制问题，在设计扰动观测器的基础上提出了可 调惯量比控制策略，通过调整控制回路中的系统 惯量比，实现了同时对电机输出轴和负载的低频 干扰补偿。理论分析和仿真实验验证可知，该方 法可以有效抑制大惯量负载的低频振动，实现伺 服系统在低频谐振环境下对大惯量负载的有效控 制，具有很好的工程应用前景。 参考文献 ｌｉｓ Ｇ，Ｇａｏ Ｚｈｉｑｉａｎｇ．Ｃｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｓ］ ＥｌＲｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］∥Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｉｒｔｙ—ｓｉｘｔｈ ＩＡＳ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ， Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ２００１ ＩＥＥＥ，２００１：２５２—２５８． Ｊｏｎｇ—Ｓｕｎ，Ｋｉｍ Ｋｙｕ—Ｇｙｅｏｍ，Ｌｅｅ Ｙｏｎｇ—Ｊａｅ，ｅｔ ａ１．Ｐｒｅｃｉ— ［６］ Ｋｏ ｓｉｏｎ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＰＭＳＭ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ［Ｃ］ｆｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ— ｉｃｓ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．ＰＥＳＣ ２００３ ＩＥＥＥ ３４ｔｈ Ａｎｎｕａｌ， ２００３：２５ｌ一２５５． ［１］ 寇宝泉，程树康．交流伺服电机及其控制［Ｍ］．北京：机械 工业出版社，２００８． ［７］ Ｍａｎａｂｅ Ｓ．Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｉａｇｒａｍ Ｍｅｔｈｏｄ［ｃ］∥１４ｔｈ ＩＦＡＣ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ，１９９８： １９９—２１０． ［２］ Ｓｃｈｍｉｄｔ Ｐ，Ｒｅｈｍ Ｔ．Ｎｏｔｃｈ Ｆｉｌｔｅｒ Ｔｕｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｄｕａｌ Ｉｎｅｒｔｉａ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］∥Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｈｉｒｔｙ—ｆｏｕｒｔｈ ＩＡＳ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔ— ｉｎｇ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ １９９９ ＩＥＥＥ，１９９９：１７３０— １７３４． Ｏ，Ｂｉｒ Ａ，Ｔｉｂｋｅｎ Ｂ．Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｉａ— ［８３ ０ｃａｌｇｒａｍ Ｍｅｔｈｏｄ［Ｃ］／／Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＡＣＣ， ２００９：２８４９—２８５４． Ｅ３３ Ｌｅｅ Ｙｏｕｎｇ—Ｍｉｎ，Ｋａｎｇ Ｊｕｎ—Ｋｏｏ，Ｓｕｌ Ｓｅｕｎｇ—Ｋｉ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｒｉｄｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ 顶孺百两 丽 修改稿日期：２０１０－０２－０８ （上接第６Ｏ页） 的模块识别。该比赛机器人在比赛中表现良好， 取得较好成绩。 般比赛机器人的控制。该控制平台实现简单、开放 性强、智能、高效，能够很好地满足机器人比赛所需 的自主性、高效性、智能性要求，适用于机器人比赛 等精度要求不是很高的机器人应用场合。 参考文献 ［１］ 张江梅，王妲．基于单片机和光电检测技术的机器人行为 控制系统［Ｊ］．机床与液压，２００８，３６（１２）：１２７—１２９． ［２］ 董大为，李琳．移动机器人自动循线及避障检测的设计 ＥＪ］．机床与液压，２００８，３６（４）：１１１—１１３． ［３］ 何跃军。陈伟．搬运机器人驱动系统的设计与实现［Ｊ］．微 特电机，２００８，３６（４）：３２—３４． 图６基于ＡＶＲ控制系统的ｒｏｂｏｃｏｎ比赛机器人 Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｏｆ ｒｏｂｏｃｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＶＲ ［４］ ＦＡＵＬＨＡＢＥＲ运动控制器操作手册［Ｚ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ ｗｗｗ．ｂｊｘｄｈ．ｅｏｍ．ｃｎ． ［５３ 秦志强，陈伟，王文斌．基础机器人制作与编程［Ｍ］．北京： ４ 结论 本文介绍的基于ＡＶＲ单片机的机器人控制 系统是针对比赛特点设计的，成功地实现了对于一 电子工业出版社，２００７． 破福百两 丽 丽 修改稿日期：２０１０－０２－１１ ６５
