一种陷波滤波器的精确调试方法及系统技术方案

一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法及系统，通过对调试对象进行数学仿真或扫频试验，得到其初始频率特性，据此获得调试对象的谐振频率、谐振峰值和需要校正的频率范围，根据这些信息，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率、陷波深度和陷波带宽，并以这三个信息量作为输入，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数和分母阻尼系数，最终建立二阶陷波滤波器的精确的数学模型，即可对调试对象进行调试。在调试过程中，若调试对象的频率特性与指标要求仍有差距，可依据差距情况适当调整陷波深度和陷波带宽，逐步达到指标要求，调试过程中根据上次调试结果可以有导向性地进行下次调试，在实现精准调试的同时大大提高了调试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种陷波滤波器的精确调试方法及系统
本专利技术涉及一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法及系统，涉及自动控制领域。
技术介绍
陷波滤波器是用来改善伺服控制系统或类似系统的谐振特性的常用手段，其中以二阶陷波滤波器引用最为广泛，其数学模型N(s)如下文的式(4)，其输出特性如图1所示。二阶陷波滤波器的设计参数包括陷波中心频率ω0以及陷波阻尼系数ξ1、ξ2，陷波中心频率ω0可根据仿真或扫频试验结果确定，而陷波阻尼系数ξ1、ξ2目前尚无科学的确定方法，常规的做法是试凑，根据ξ1、ξ2取值的不同摸索影响规律。这种方法无法直观、定量、规律性地得出ξ1、ξ2的变化对二阶陷波滤波器的影响程度，如对陷波深度D、陷波带宽B等的影响程度。因此，这种试凑的方法无法实现对调试对象的精准调试，且调试规律性和导向性差，调试效率低下。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法及系统，只需根据调试对象的初始频率特性，即可确定期望的陷波中心频率ω0、陷波深度D、陷波带宽B，进而可建立精确的二阶陷波滤波器的数学模型(即传递函数)，从而实现对调试对象的精准调试。本专利技术解决的技术方案为：一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，步骤如下：(1)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围(即起始频率ω1至终止频率ω2的范围)，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率ω0、起始频率ω1、终止频率ω2；(2)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振峰值，确定二阶陷波滤波器的陷波深度D；(3)根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的陷波带宽B；(4)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0、步骤(2)的陷波深度D和步骤(3)的陷波带宽B，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2；(5)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0，步骤(4)的二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2，建立二阶陷波滤波器的数学模型；(6)根据步骤(5)获得的数学模型，对调试对象进行频率特性的调试；(7)确认步骤(6)的调试结果，若调试结果与指标要求仍有差距，可依据差距情况适当调整陷波深度D和陷波带宽B，重复步骤(4)、(5)、(6)，建立新的二阶陷波滤波器的数学模型再次调试，直至达到指标要求。陷波深度D和陷波带宽B对调试对象的影响情况为：陷波深度D越深，陷波中心频率处的幅值越小，但陷波中心频率前的幅值会有所抬高，而陷波宽度B加宽会改善陷波中心频率前的幅值抬高的影响程度。步骤(2)中陷波深度D需在-3dB以下，分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2方可有效。步骤(3)中根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的带宽B，公式如下：B＝|ω2-ω1|(1)。步骤(4)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0、步骤(2)的陷波深度D和步骤(3)的带宽B，确定二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1，公式如下：步骤(4)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0、步骤(2)的陷波深度D和步骤(3)的陷波带宽B，确定二阶陷波滤波器的分母阻尼系数ξ2，公式如下：步骤(5)的二阶陷波滤波器的数学模型N(s)如下：步骤(1)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率点ω0、起始频率ω1、终止频率ω2，采用数学仿真或扫频试验获得。本专利技术的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试系统，包括：频率确定模块、陷波深度确定模块、陷波带宽确定模块、阻尼系数确定模块、建模模块、调试模块；频率确定模块，根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率ω0、起始频率ω1、终止频率ω2；陷波深度确定模块，根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振峰值，确定二阶陷波滤波器的陷波深度D；陷波带宽确定模块，根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的陷波带宽B；阻尼系数确定模块，根据频率确定模块确定的陷波中心频率点ω0、陷波深度确定模块确定的陷波深度D和陷波带宽确定模块确定的陷波带宽B，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2；建模模块，根据频率确定模块确定的陷波中心频率点ω0，阻尼系数确定模块的二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2，建立二阶陷波滤波器的数学模型；调试模块，根据建模模块获得的数学模型，对调试对象进行频率特性的调试，得到调试结果。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术可预先获得理想的二阶陷波滤波器的特性参数(陷波中心频率ω0、陷波深度D、陷波带宽B)，进而确定精确的二阶陷波滤波器数学模型，并能够使二阶陷波滤波器的调试效果与期望效果有较好的一致性，调试精准度高；(2)本专利技术是依据调试对象的频率特性，确定二阶陷波滤波器的期望特性，然后再建立二阶陷波滤波器的数学模型进行调试，即直接以已获得的“理想结果”去调试“实际结果”，调试效率大大提高；(3)本专利技术的二阶陷波滤波器特性可预先获得，在调试过程中若调试结果与指标要求有偏差，可以很明确地根据调试结果去调整二阶陷波滤波器的相应特性参数(陷波深度D、陷波带宽B)，调试规律性强、导向性好；(4)本专利技术提出了一种二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2的精确计算方法；(5)本专利技术确定了一种基于二阶陷波滤波器的调试方法的流程图。附图说明图1为本专利技术二阶陷波滤波器的幅频特性曲线图；图2为机电伺服系统组成框图；图3为机电伺服系统的初始频率特性曲线图；图4为机电伺服系统的完成最终调试后的频率特性曲线图。图5为本专利技术的调试方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。本专利技术一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法和系统，实现对调试对象频率特性的精准调试。通过对调试对象进行数学仿真或扫频试验，得到其初始频率特性，据此获得调试对象的谐振频率、谐振峰值和需要校正的频率范围(即确定起始频率、终止频率)。根据这些信息，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率(与谐振频率相同)、陷波深度和陷波带宽，并以这三个信息量作为输入，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数和分母阻尼系数，最终建立二阶陷波滤波器的精确的数学模型(即传递函数)，即可对调试对象进行调试。在调试过程中，若调试对象的频率特性与指标要求仍有差距，可依据差距情况适当调整陷波深度和陷波带宽，逐步达到指标要求。该方法摈弃了常规参数试凑调试方法的精准度差、效率低下、规律性和导向性差的不足，提出一种建立二阶陷波滤波器精确数学模型的科学调试方法，调试过程中根据上次调试结果可以有导向性地进行下次调试，在实现精准调试的同时大大提高了调试效率。本专利技术摈弃了常规参数试凑调试方法的精准度差、效率低下、规律性和导向性差的不足，提出一种建立陷波滤波器精确数学模型的科学调试方法，调试过程中根据上次调试结果可以有导向地进行下次调试，在实现精准调试的同时大大提高了调试的效率。本专利技术的调试流程如图5所示。本专利技术的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试系统，其特征在于包括：频率确定模块、陷波深度确定模块、陷波带宽确定模块、阻尼系数确定模块、建模模块、调试模块；频率确定模块，根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率ω0、起始频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于步骤如下：(1)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率ω0、起始频率ω1、终止频率ω2；(2)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振峰值，确定二阶陷波滤波器的陷波深度D；(3)根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的陷波带宽B；(4)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0、步骤(2)的陷波深度D和步骤(3)的陷波带宽B，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2；(5)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0，步骤(4)的二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2，建立二阶陷波滤波器的数学模型；(6)根据步骤(5)获得的数学模型，对调试对象进行频率特性的调试，得到调试结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于步骤如下：(1)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振频率和待校正的频率范围，确定二阶陷波滤波器的陷波中心频率ω0、起始频率ω1、终止频率ω2；(2)根据二阶陷波滤波器的调试对象的谐振峰值，确定二阶陷波滤波器的陷波深度D；(3)根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的陷波带宽B；(4)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0、步骤(2)的陷波深度D和步骤(3)的陷波带宽B，计算二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2；(5)根据步骤(1)的陷波中心频率点ω0，步骤(4)的二阶陷波滤波器的分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2，建立二阶陷波滤波器的数学模型；(6)根据步骤(5)获得的数学模型，对调试对象进行频率特性的调试，得到调试结果。2.根据权利要求1所述的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于：还包括步骤(7)对步骤(6)的调试结果进行判断，若调试结果与指标要求仍有差距，依据差距情况适当调整陷波深度D和陷波带宽B，重复步骤(4)、(5)、(6)，建立新的二阶陷波滤波器的数学模型再次进行调试，直至达到指标要求。3.根据权利要求2所述的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于：陷波深度D和陷波带宽B对调试对象的影响情况为：陷波深度D越深，陷波中心频率处的幅值越小，但陷波中心频率前的幅值会有所抬高，而陷波宽度B加宽能够改善陷波中心频率前的幅值抬高的影响程度。4.根据权利要求1所述的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于：步骤(2)中陷波深度D取值在-3dB以下，分子阻尼系数ξ1和分母阻尼系数ξ2有效。5.根据权利要求1所述的一种基于二阶陷波滤波器的精确调试方法，其特征在于：步骤(3)中根据起始频率ω1、终止频率ω2，确定二阶陷波滤波器的带宽B，公式如下：B＝|ω2-ω1|。6.根据权利要求1所述的一种基于二阶陷波...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，冀娟，曾凡铨，胡翔宇，王尧尧，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31