机器人伺服驱动系统振动抑制技术研究

来源 :中国航天科工集团第二研究院 | 被引量 : 8次 | 上传用户:ganlu0416
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近些年来,伴随着“中国制造2025”和“工业4.0”的提出和不断深化,工业机器人产业的发展势头愈加迅猛。随着工业机器人应用规模的增大,人们对机器人性能及其伺服系统的控制精度和稳定性提出了越来越高的要求。由于机械机构以及控制策略等原因,伺服系统在实际工作中不可避免地存在着振动问题,而振动极大地影响着伺服驱动系统的稳定性及控制精度,制约着机器人的发展。因此,针对伺服系统的振动抑制问题进行研究对于提高机器人性能有着极大的意义。鉴于永磁同步电机伺服驱动系统是一个多惯量、高耦合系统,为方便分析和设计该伺服系统,本文将其简化为双惯量系统模型,分析了扭转振动的产生原因;根据永磁同步电机转矩的数学模型,提出了采用陷波滤波器的控制方法来抑制伺服系统的振动。为获取伺服系统的振动特征参数,在分析快速傅里叶变换算法和振动频率检测算法原理的基础上,基于STC12C5A60S2单片机和ADXL335加速度芯片搭建了数据采集装置,通过该装置得到伺服系统的振动特征参数,对比添加自适应振动抑制算法前后的振动数据说明本文设计算法的正确性;根据检测得到的伺服系统振动参数设计陷波滤波器参数并进行在线调整,以此实现伺服驱动系统振动的自适应抑制;在搭建的永磁同步电机伺服系统模型上对扭转振动和转矩脉动分别进行抑制仿真,仿真结果证明了参数检测算法和自适应抑制算法的正确性以及它们的实用价值。最后,在航天16所自主研发的六关节工业机器人及其伺服驱动器硬件平台系统上进行了参数检测和自适应振动抑制算法的实验验证。实验结果表明,所设计的自适应振动抑制算法可以显著抑制伺服驱动系统的振动,有效地改善了系统性能。
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