永磁交流伺服系统机械谐振成因及其抑制

杨明， 胡浩， 徐殿国

(哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨 150001)

0 引言

伺服驱动系统的机械传动部分经常使用传动轴、变速器、联轴器等传动装置连接电机和负载，而实际传动装置并不是理想刚体，存在一定的弹性，通常会在系统中引发机械谐振。机械振荡除了会发出声学噪声形成噪声污染外，还会对机械传动装置造成严重的损害，影响其使用寿命;另外，还会引发控制系统中的控制量振荡，使得闭环控制的稳定性以及可调整性受到制约。因此，机械振荡的研究以及抑制方法已经成为提高伺服驱动系统性能的一个重要课题。

机械谐振的成因比较复杂，同时受机械系统的固有特性以及负载情况的影响。一般是通过避震的方式避免系统在谐振点工作，或者通过改进机械结构以及加固等被动方式解决此问题。主动方式抑制机械谐振的方法主要包括3种:1)使用传感器直接测量电机端和负载端的位置和速度信号，根据两端信号估算出机械谐振的状态，并进行抑制［1－2］。但这需要额外测量负载侧位置，增加系统成本和复杂性，常规应用无法实现。2)使用传感器测量电机端的位置以及速度信号，并用观测器估计负载转速等变量，进行谐振抑制［3－6］。此方法控制结构复杂，根据不同系统需要设计相应的观测器。3)基于常用的伺服控制系统的控制结构，仅使用一个传感器测量电机端的位置以及速度信号，在控制环路中加入陷波滤波器，或者相位补偿器装置进行补偿，对机械谐振形成抑制［7－11］。……