simscape 建模版伺服系统基于陷波滤波器双惯量伺服系统机械谐振抑制matlab/Simulink仿真加入了电流环和转速环 PI 参数整定 1.模型简介 模型为基于陷波滤波器的双惯量伺服系统机械谐振抑制仿真采用Matlab R2022b/Simulink搭建。 仿真模型由simscape 库模型搭建模型内主要包含DC直流电压源、三相逆变器、永磁同步电机、采样模块、SVPWM、Clark、Park、Ipark、三角波发生器、速度环、电流环等模块其中SVPWM、Clark、Park、Ipark、三角波发生器适用模块搭建。 2.算法简介 实际工程中由于传动环节机械间隙和柔性的影响机械谐振现象经常会发生导致伺服系统运行过程中会产生噪声更严重时容易损坏设备。 谐振抑制一直为伺服控制算法中最核心的算法之一。 本仿真适合理论分析和仿真验证便于理解机械谐振原理、陷波滤波器原理以及谐振抑制原理。 仿真内可手动设置谐振频率根据设定频率自动设定机械参数并且设置陷波滤波器参数方法比较简单。 3.仿真效果 1 simulink 模型图如下图1所示。 2 机械谐振抑制前后bode图如下图2所示。 4. 可提供模型内相关算法的参考文献避免大量阅读文献浪费时间。 附带有关双惯量模型、陷波滤波器和振动抑制的大量资料 可针对模型内的相关技术问题进行并给出指导意见。 【注】 模型已搭建完毕原则上不会做任何修改。双惯量伺服系统的机械谐振就像机械结构里的尖叫鸡——一旦转速接近固有频率整个系统就开始鬼畜抖动。这次咱们用Simulink/Simscape整了个带陷波滤波器的仿真沙盘手把手看看怎么给这头机械驴子戴上嘴套。先看模型架构图1这个仿真堆料挺猛从三相逆变器到永磁同步电机SVPWM模块直接焊了个微型变频器进去。特别留意传动链部分这里用两个惯量模块中间串弹簧阻尼器完美复刻现实中的弹性联轴器工况。偷偷说个彩蛋模型参数设置脚本里藏了段骚操作J1 0.05 (res_freq^2)*0.1; % 主惯量随谐振频率动态调整 J2 J1 * 0.3; % 从动惯量按比例缩放 spring_stiffness res_freq^2 * (J1*J2)/(J1J2); % 自动计算刚度这波操作让谐振频率设置直接联动机械参数改个频率值就能自动重组传动链比乐高积木还方便。陷波滤波器的实现堪称暴力美学直接在速度环输出端怼了个二阶传递函数。但别被它的朴素外表骗了核心算法来自IEEE Transaction的经典配方function [num, den] notch_filter(fn, bw, Ts) damp bw/(2*fn); num [1, 2*damp*fn, fn^2]; den [1, 2*damp*fn*(1Ts), fn^2*(1Ts)]; end这个实现妙在把带宽参数转换成阻尼系数既保证了-3dB衰减点精准落在设定带宽边缘又避免了复数运算的麻烦。实测发现当谐振频率设为150Hz时滤波后的相位滞后比传统方法少了近15度。simscape 建模版伺服系统基于陷波滤波器双惯量伺服系统机械谐振抑制matlab/Simulink仿真加入了电流环和转速环 PI 参数整定 1.模型简介 模型为基于陷波滤波器的双惯量伺服系统机械谐振抑制仿真采用Matlab R2022b/Simulink搭建。 仿真模型由simscape 库模型搭建模型内主要包含DC直流电压源、三相逆变器、永磁同步电机、采样模块、SVPWM、Clark、Park、Ipark、三角波发生器、速度环、电流环等模块其中SVPWM、Clark、Park、Ipark、三角波发生器适用模块搭建。 2.算法简介 实际工程中由于传动环节机械间隙和柔性的影响机械谐振现象经常会发生导致伺服系统运行过程中会产生噪声更严重时容易损坏设备。 谐振抑制一直为伺服控制算法中最核心的算法之一。 本仿真适合理论分析和仿真验证便于理解机械谐振原理、陷波滤波器原理以及谐振抑制原理。 仿真内可手动设置谐振频率根据设定频率自动设定机械参数并且设置陷波滤波器参数方法比较简单。 3.仿真效果 1 simulink 模型图如下图1所示。 2 机械谐振抑制前后bode图如下图2所示。 4. 可提供模型内相关算法的参考文献避免大量阅读文献浪费时间。 附带有关双惯量模型、陷波滤波器和振动抑制的大量资料 可针对模型内的相关技术问题进行并给出指导意见。 【注】 模型已搭建完毕原则上不会做任何修改。看伯德图图2前先喝口水压压惊——未加滤波时在谐振点附近增益直接飙出20dB活脱脱的振幅过山车。接入陷波器后谐振峰被削得比程序员发际线还平但别高兴太早实际调试时遇到过坑当转速环带宽超过谐振频率1/3时系统会出现迷之震荡。后来发现是PI参数整定太奔放解决办法是给速度环积分时间常数加个约束if speed_bandwidth res_freq/3 Ti min(Ti, 2/(res_freq/3)); % 积分时间天花板 Kp Kp * 0.7; % 比例系数打折 end这套组合拳打下去系统稳定性立刻从青铜升到王者段位。模型里最让人拍大腿的设计是电流环和速度环的级联结构。实测波形显示突加负载时电流环能在2ms内追上参考值而速度恢复时间控制在10ms内。秘诀藏在电流环PI的anti-windup设置里那个Clamping模块的阈值设定暗合电机最大允许过载电流既防饱和又保安全。最后唠叨下调试心得别死磕伯德图完美留点余量给模型误差。曾有个案例仿真完美的参数上真机就翻车最后发现是没考虑编码器分辨率引起的量化噪声。所以建议实操时谐振频率设定值故意往低调5-10%给现实世界的物理玄学留点面子。参考文献直接甩干货[1] 日本明电社《伺服系统振动抑制白皮书》[2] IEEE Trans. Ind. Electron.那篇《Notch Filter Design for...》[3] 某德国大厂的伺服调试手册你懂的。这些资料和模型搭配食用比论文配咖啡还带劲。