数控伺服系统中噪声扰动信号的补偿控制方法

　　噪声通常定义为信号中的无用成分，噪声无处不在。在数控机床及其周围环境中，噪声扰动是不可避免的，噪声扰动包括由温度变化引起的漂移以及各种电气扰动信号等。各种噪声扰动信号必然会降低伺服系统的跟踪精度。在数控机床控制柜中，一般采用接地技术、屏蔽技术、隔离技术来消除噪声扰动信号的影响。

　　针对各种扰动信号设计扰动观测器并在伺服控制系统中进行补偿是一种减少扰动影响、进而提高系统鲁棒性的办法。国内外许多学者针对伺服控制中扰动信号，进行了补偿控制方法研究。KIM 等设计了一个模糊扰动观测器，用于多输入多输出系统的反馈跟踪控制，将模糊扰动观测器用于永磁同步电机的速度控制; ＲYOO 等设计了一个鲁棒扰动观测器，在光盘驱动器系统的磁道跟踪控制中进行了实验; LU等采用滑模重复控制理论研究了扰动信号观测器;董明晓等结合混合灵敏度设计方法，设计了数控机床伺服 H∞鲁棒控制器。

　　文中分析了噪声扰动对伺服系统跟踪精度的影响，提出了一种针对噪声扰动信号观测与补偿的控制方法: 通过检测加到伺服驱动器上的电压和伺服电机转动角位移，将噪声扰动观测出来，并将扰动补偿量叠加到位置控制器输出中实现补偿。针对典型锯齿波噪声扰动信号做了仿真试验。

1 数控伺服系统模型以及电气扰动影响

　　图 1 为带噪声扰动的半闭环进给伺服系统方框简图。设来自插补器的位置指令信号为 X( s) ，伺服电机角位移输出信号为 Y( s) ，设位置控制环节采用比例控制，传递函数为

　　从式 ( 1) 看出: 噪声扰动信号产生的稳态误差与扰动信号本身有关，还与 N( s) 在进给伺服系统中作用点之前的部分有关。