数控伺服系统中噪声扰动信号的补偿控制方法

2 噪声扰动观测与补偿方法

　　在图 1 所示的进给伺服系统中，加入噪声扰动观测和补偿环节。如图 2 所示，通过检测加到伺服驱动器上的电压信号和伺服电机转动角位移，将扰动信号N( s) 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。

图 2 噪声扰动的观测与补偿

　　在未加入噪声扰动以及观测补偿部分时，系统闭环传递函数为:

　　由式( 3) —( 5) 可得加入噪声扰动以及观测与补偿器后系统闭环传递函数 G( s) ，与式 ( 2) 完全一致，说明图 2 所示针对噪声扰动的观测与补偿方法可以补偿扰动影响，提高系统抗干扰能力。

3 噪声扰动观测与补偿方法仿真

　　图 2 中 Ga(s) 为位置控制器环节，采用 PID 控制，比例系数为 8. 1，积分系数为 0. 002，微分系数为 0. 032。对噪声扰动进行观测补偿仿真研究时，设位置指令输入信号为 2sin( 0. 4πt) ; 噪声扰动为锯齿波信号，幅值为 0. 5，周期为 2 s，如图 3 所示。

图 3 典型锯齿波扰动信号

图 4 未加扰动信号时跟踪误差

　　当不考虑噪声扰动信号时，伺服进给系统的跟踪误差如图 4 所示，系统跟踪误差在 ± 0. 006 mm 范围内; 当加入噪声扰动信号但不进行扰动观测与补偿时，跟踪误差如图 5 所示，系统跟踪误差在 ± 0. 02mm 范围内; 当采用文中噪声扰动观测与补偿方法后，跟 踪 误 差 如 图 6 所 示，系 统 跟 踪 误 差 在± 0. 007 mm 范围内。对比说明所研究噪声扰动观测与补偿方法，可有效提高伺服进给系统的抗干扰能力。

图 5 加扰动信号未补偿时跟踪误差

图 6 加扰动信号并补偿时跟踪误差

4 结论

　　噪声信号无处不在，在数控机床伺服系统驱动器接口处，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。文中不是从硬件，而是从软件补偿角度，设计了一种针对噪声扰动的观测与补偿方法: 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。针对典型锯齿波扰动信号的仿真表明: 所提出观测与补偿方法能有效提高跟踪精度，提高系统抗干扰能力。该方法是对硬件抗扰动技术的一个有益补充。