基于FFT的PMSM伺服系统在线定位末端抖动抑制技术#杨明，郭少辉*510152025303540（哈尔滨工业大学电气学院，哈尔滨150001）摘要：交流永磁伺服系统中电机与负载之间存在弹性连接装置，易引起的电机定位时的末端抖振现象。为了抑制伺服系统定位末端抖动，利用FFT算法对交流伺服系统定位时的速度进行频谱分析，可以快速准确得到末端抖振的谐振特征。根据得到的谐振特征对位置指令中相关成分进行滤波，从而抑制了定位末端抖动现象。FFT滤波算法在TMS320F2812的DSP芯片上实现，实验结果证明了运用FFT滤波算法抑制交流伺服系统定位末端抖动的有效性。关键词：交流伺服系统；谐振特征；定位末端抖动；FFT中图分类号：TM921.2On-lineSuppressionofPositioningVibrationforPMSMServoSystembasedonFFTYANGMing,GUOShaohui(SchoolofElectricalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:TheflexibleconnectiondevicebetweenthemotorandloadwillcausethemotorendvibrationinPMSMwhenpositioning.Inordertosuppressthevibrationofmotor,FFTalgorithmisadaptedforspectralanalysisofspeedwhenmotorpositioningtoobtainaccurateendbuffetingresonantcharacteristics.Filteringtheresonantcomponentinpositioninstructioncouldsuppressthevibrationofthemotorendwhenpositioning.TheFFTalgorithmisimplementedinTMS320F2812DSPchip,thefinalexperimentsshowtheeffectivenessoftheFFTalgorithmtosuppressthepositioningvibrationforPMSMservosystem.Keywords:PMSMServoSystem;Resonance-Characteristic;PositioningVibration;FFT0引言现代交流伺服系统中，高速和高精度始终是至关重要的技术指标。然而，交流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，这些连接装置能在低速时提供大的驱动转矩，但同时会引起电机与负载之间的弹性扭转，再加上位置环本身存在一定的滞后，从而造成伺服系统定位时末端发生振动，这会严重影响伺服系统的轨迹跟踪和定位性能[1-4]。抑制伺服系统定位末端抖动的方法，人们提出了优化弹性连接装置、主动控抑制、被动滤波等多种方法。其中，“优化弹性连接装置”是通过优化弹性联接装置的设计，避免机械谐振发生，不过该方法在实际操作中有很大的局限性。“主动抑制方式”就是主动改变控制器参数或控制其结构用以抑制末端抖动。例如利用状态反馈控制器或者在位置末端增加感应器等[5-6]。“被动抑制方式”是指仅仅增加简单的补偿或滤波算法对弹性末端抖动进行抑制，不需要改变系统的控制结构以及控制器参数。在实际产品中位置滤波的方法最为实用，也应用最为广泛[7-9]。滤波方法需要对快速得到伺服系统末端抖动点的振动信息。通过系统BODE图或者位置波形等来获取抖振信息不能保证实时性，且低频时的BODE图也存在较大误差。本文利用快速傅里叶算法（FFT）对伺服系统定位时的位置或者速度数据进行采样，可基金项目：国家自然科学基金（61273147）作者简介：杨明，(1978-)，男，副教授、博士生导师，主要从事交流伺服系统与智能控制研究。E-mail:yangming@hit.edu.cn-1-J1J2sJ1J2Ks以快速准确得到系统的抖振信息，这样根据抖振信息可以合理配置位置指令滤波器，从而抑制定位末端抖动。最终的实验证明了运用FFT算法抑制系统定位末端抖振的有效性。1交流伺服系统定位末端抖动451.1交流伺服系统位置环模型在实际工业应用中，数控加工设备的机械结构如图1所示。其中电机通过伺服驱动器进行闭环控制，执行机构通过联轴器、传动轴、滚轴丝杠等传动机构与电机联接。图1数控加工设备机械结构图5055Fig1NCmachiningequipmentmechanicalstructure在实际的系统中，传动装置的刚度有限，具有一定弹性。弹性的存在将在系统中引入谐振点，引发机械谐振。弹性连接装置可以用如图2所示电机-负载双惯量模型来表示。据此，推导出电机转速位置、负载转速位置以及电机电磁转矩之间的传递函数，如式(1)、式(2)、式(3)所示。Tl−1J2sC221s2CwsKs−Te−...