基于卡尔曼滤波的低速伺服系统速度信号估计-论文.pdf

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1、迫札再柱啼应用2015，42(5)控制与应用技术EMCA基于卡尔曼滤波的低速伺服系统速度信号估计符玉襄，孙德新，刘银年’(1．中国科学院上海技术物理研究所，上海200083；2．中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海200083)摘要：给出了基于卡尔曼滤波的测速方法，并利用电流、角速度等参数估算出加速度，作为卡尔曼滤波的控制输入。仿真了该方法的稳态和动态性能，并与其他滤波方法做了对比；将该方法应用于某伺服系统，测试并分析了系统的o．1。／s阶跃响应、频域特性及参数摄动对滤波性能的影响。结果表明，该方法减小了低速时的测速误差和相位

2、延时，扩展了速度环带宽，并且对参数变化不敏感，具有较强的鲁棒性。关键词：卡尔曼滤波；低速；速度信号估计；位置差分；绝对式编码器中图分类号：TM921．54+1文献标志码：A文章编号：1673~540(2015)05-0017-06LowVelocityEstimationofServoSystemBasedonKalmanFilterFUYuxiang-一，SUNDexin，-，LIUYinnian，(1．ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，CAS，Shanghai200083，China；2．Ke

3、yLaboratoryofInfraredSystemDetectionandImagingTechnique，CAS，Shanghai200083，China)Abstract：Avelocityestimationmethodusingkalmanfilterwasgiven．Accelerationwasconsideredascontrolinputofkalmanfilter，andwasestimatedbymotorcurrentandvelocity．Thesteadyanddynamicperformancehadb

4、eensimulated，theresultsofthismethodwascomparedwithotherfilteringmethods．Themethodwas印pliedtoaservosystem．Somekeyperformanceindicatorshadbeenmeasuredandanalyzed，suchas0．1。／Sstepresponse，frequencydomaincharacteristicsandtheinfluenceofparameterperturbation．Resultsshowedtha

5、tkalmanfilterbasedonthekinematicscouldreducevelocityestimationerorandphaselag，expandedspeedloopbandwidth，andwasnotsensitivetoparametersperturbation，whichhasstrongrobustness．Keywords：kalmanfilter；lowspeed；velocityestimation；positiondiference；absoluteencoder共同特点：(1)大多基于增量

6、式编码器，采用M／0引言T法测速¨‘。，较少涉及绝对式编码器(位置差高精度的伺服系统中，经常采用位置、速度和分测速)；(2)速度较高(大于1。／s)¨’。，对低电流三环控制的策略。当使用绝对式光电编码器于1。／s的情况研究较少；(3)常用的伺服系统的作为位置传感器时，速度一般通过相邻两个位置状态空间模型较多依赖于被控对象的类型和参采样点差分的方式得到。当电机工作在低速(例数¨五7．，缺乏一般性，且较少分析参数变化对如0．1。／s)时，由于编码器的分辨率有限，以及测滤波器性能的影响。量噪声的存在，使得差分测速的误差迅速因此，针对使用绝对

7、式编码器和低速运行的增大引。伺服系统，有必要提出一种噪声小、延时短、性通过延长采样周期或增加低通滤波环节可以能稳健且较为通用的测速方法。基于运动学的减小稳态噪声，但会增加测速延时，降低闭环带卡尔曼滤波算法可以较好地解决这些问题。本宽，导致动态性能变差。基于状态观测文介绍了差分测速和低通滤波的原理；建立了器引和卡尔曼滤波的测速方法，可以得基于匀加速运动方程的伺服系统状态模型，给到较好的稳态和动态性能。目前这些方法有一些出了基于此模型的卡尔曼滤波测速的递推算通讯作者：刘银年控制与应用技术jEMcA电札与控制应田2015，42(5)法；并利

8、用电机电流、角速度等参数估算出加速=Ok+To)+(／2)口(4)度，作为滤波的控制量；仿真了该方法的稳态误【+1∞+差和动态性能，并与传统滤波方法做了对比；搭基于式(4)的卡尔曼滤波的过程及测量矩阵建了基于DSP和永磁