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        低采樣率控制系統(tǒng)的振動抑制

        2013-12-31 00:00:00孫宜標劉玲
        電子世界 2013年24期

        【摘要】針對低采樣率閉環(huán)控制系統(tǒng)中的非線性環(huán)節(jié)引起的摩擦和飽和等振動,提出了一種振動抑制方法。振動是指系統(tǒng)產生極限環(huán),造成了一系列持續(xù)振蕩。振動補償器的設計基于圓判據(jù)基礎之上,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過和普通PI控制器相比較,驗證了所設計的振動補償器的有效性。

        【關鍵詞】低采樣率;控制系統(tǒng);PI控制器;振動補償器

        1.引言

        如今,數(shù)字控制器被廣泛應用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中,如自動飛機著陸系統(tǒng),伺服電機的運動控制以及機械手控制系統(tǒng)等[1]。若數(shù)字控制器的采樣率較高,閉環(huán)控制系統(tǒng)可視為連續(xù)體系。在高精度運動的數(shù)字控制器中,采樣率是固定的并可能低至1kHz[2]。如果設置控制器的參數(shù)采樣率過低,那么閉環(huán)控制系統(tǒng)可能會變得不穩(wěn)定,從而導致振動。

        在振動抑制方面,很多學者將振動的抑制策略主要從控制方法角度考慮,這是由于系統(tǒng)中的不確定性、非線性等因素影響而使控制器在控制過程中振動抑制性能下降所致。針對伺服系統(tǒng)的振動問題,國內專家學者們提出了很多抑制方法,如PI/PID控制[3,4],IIR濾波器控制[5]和加速度觀測器[6]等。

        本文在分析閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎之上,提出了低采樣率控制系統(tǒng)的振動抑制方法,該方案與PI控制器結合使用,構成了一個振動補償器。本文對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提出的振動抑制方法進行了研究,并通過MATLAB仿真平臺驗證了該方法的有效性。

        2.控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

        3.振動補償器的設計

        圖2是含振動補償?shù)腜I控制器的控制框圖。在圖2中,e代表輸入信號,u表示PI控制器的輸出信號,KP、KI分別為PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù),Ks是增益的最大值,Ka是自適應增益參數(shù),它決定了補償策略的收斂速率。h是提出的策略的補償信號。在圖2中,振動抑制策略包含了一個死區(qū)功能。當或,h就非零。如果u的大小超出e與Ks乘積的絕對值,h就用來抵消e,從而使得u保持在上限內。

        5.結論

        本文針對低采樣率控制系統(tǒng)因摩擦和飽和等因素造成的振動,提出了一種振動抑制方法。在對閉環(huán)系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析的基礎之上,將該方法與PI控制器結合使用,所構成的振動補償器可以不考慮賦給PI控制器的參數(shù)值。仿真結果表明,提出的振動抑制方法能有效抑制控制系統(tǒng)的振動。

        參考文獻

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        本文系教育部博士學科點專項科研基金項目(項目編號:20102102110001)。

        作者簡介:孫宜標(1970—),男,安徽巢湖人,博士,沈陽工業(yè)大學副教授,主要研究方向:交流伺服系統(tǒng)、魯棒控制、非線性系統(tǒng)。

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