本文分析了伺服電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因．從大量文獻(xiàn)中總結(jié)了目前振動(dòng)抑制的主要方法。對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制方法、從動(dòng)態(tài)指標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析和對(duì)比。指出了目前振動(dòng)抑制方法存在的問題，對(duì)振動(dòng)抑制方法的發(fā)展進(jìn)行展望。

隨著伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等，工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)性取決于加工精度，而伺服電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)機(jī)械時(shí)，機(jī)械的剛性與結(jié)構(gòu)、間隙、軸中心的偏移等都會(huì)引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備精度降低，如果工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床精度受電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的影響，將影響被加工裝備的質(zhì)量，就這一角度而言，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)抑制的研究十分必要。電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)抑制是電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)抑制的研究對(duì)促進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制也有著重要意義。以振動(dòng)抑制為目的的控制技術(shù)研究飛速發(fā)展，對(duì)因機(jī)械系統(tǒng)剛性低而引起的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究尤其廣泛，提出了諸多解決方案。采用傳統(tǒng)PID控制是過去50年常用的方法，隨后出現(xiàn)了利用觀測(cè)器、陷波器、濾波器結(jié)合PID控制的控制方法對(duì)傳統(tǒng)的PID控制進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)展至今又提出了與自適應(yīng)算法、模糊控制理論、滑模變結(jié)構(gòu)、H∞控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等結(jié)合的控制方法，還有加入快速傅里葉變換(FFT)的補(bǔ)償方法。另外，19世紀(jì)60年代早期提出的一種分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性的方法——狀態(tài)空闖方法論，最近幾年才開始在丁業(yè)上應(yīng)用，近幾年又提出了一種具有很高的抑制響應(yīng)非線性的控制方法。

電動(dòng)機(jī)振動(dòng)分為機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)的兩種典型振動(dòng)，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。本文總結(jié)了大量近5年內(nèi)的文獻(xiàn)以及少量5年前的文獻(xiàn)，重點(diǎn)分析了抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，對(duì)文獻(xiàn)中提出的同類或類似方法進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，找出方法之間的區(qū)別和適用對(duì)象，對(duì)同類型振動(dòng)的抑制方法在系統(tǒng)復(fù)雜度、動(dòng)態(tài)性、魯棒性以及其他特性方面進(jìn)行橫向比較，以此來了解各種振動(dòng)抑制方法的優(yōu)劣性，并對(duì)振動(dòng)抑制方法的發(fā)展進(jìn)行展望。

1  扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制方法

扭轉(zhuǎn)振動(dòng)普遍存在于雙質(zhì)量系統(tǒng)(DoubleMassSystem)或雙慣性系統(tǒng)(DoubleIneftiaSystem)。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的存在影響著系統(tǒng)的精度，針對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的抑制，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，得出很多抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的控制方法，如基于PID的控制、基于觀測(cè)器的控制、基于濾波器和陷波器的控制、H∞控制、共振比率控制和智能控制等。振動(dòng)抑制方法發(fā)展至今，形成了多種方法結(jié)合的復(fù)合控制方法。

1.1典型的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制復(fù)合方法分析

由于單獨(dú)采用某種控制策略來抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)有著各自的缺陷，如單獨(dú)采用PID控制。當(dāng)輸入改變時(shí)，PID參數(shù)需重新整定，自適應(yīng)差；又如單獨(dú)采用陷波器智能對(duì)高頻振動(dòng)的抑制有效果。為了完善振動(dòng)抑制方法，使其具有自適應(yīng)性、魯棒性等特點(diǎn)，多種振動(dòng)抑制方法之間復(fù)合形成的控制方法能有效地達(dá)到這一目的，但與此同時(shí)也產(chǎn)生了新的問題．下面將對(duì)幾種比較典型的復(fù)合控制方法進(jìn)行分析。

1.1.1基于觀測(cè)器的復(fù)合振動(dòng)抑制方法

雙慣性系統(tǒng)中反共振頻率與共振頻率的比值與慣性比有關(guān)，該比值對(duì)振動(dòng)抑制控制的性能將產(chǎn)生很大的影響。LiangsongHuang等人在此基礎(chǔ)上提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)慣性比控制策略，通過把慣性比調(diào)節(jié)到一個(gè)優(yōu)化的比率達(dá)到抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的目的。該方法簡(jiǎn)單易行，系統(tǒng)復(fù)雜程度不高，能使伺服系統(tǒng)平滑穩(wěn)定地工作。但是該方法在對(duì)公式進(jìn)行變形的過程中做了大量假設(shè)，假設(shè)是否合理尚有待商榷，在假設(shè)成立的前提下，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較低。

WenLi提出了一種用分?jǐn)?shù)階擾動(dòng)觀測(cè)器和基于神經(jīng)元的PI模糊控制器來實(shí)現(xiàn)雙慣性系統(tǒng)中的振動(dòng)抑制的方法，分?jǐn)?shù)階擾動(dòng)觀測(cè)器用于獲得擾動(dòng)估計(jì)和產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)，基于神經(jīng)元的PI模糊控制器則用來實(shí)現(xiàn)外環(huán)控制。用分?jǐn)?shù)階擾動(dòng)觀測(cè)器的好處是，由于引進(jìn)分?jǐn)?shù)計(jì)算使Q濾波器從整數(shù)域擴(kuò)展到實(shí)數(shù)域，使得系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)聂敯粜院驼駝?dòng)抑制兩者中有更寬的折衷范闈，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。

1.1.2基于陷波器的復(fù)合振動(dòng)抑制方法

濾波器、陷波器在雙慣性系統(tǒng)的振動(dòng)抑制方面充當(dāng)著重要角色。呂金等人提出了一種在PI控制器中加入陷波濾波器的方法，通過陷波濾波器將速度中的諧波分量過濾，達(dá)到抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的效果。

Stonecheng等采用自適應(yīng)陷波器提出了一種改善了的速度控制環(huán)的帶寬的方法，該結(jié)構(gòu)基于自適應(yīng)IIR陷波器技術(shù)的控制結(jié)構(gòu)，解決了采用自適應(yīng)IIR陷波器方法只能消除高頻振動(dòng)和計(jì)算量大的缺點(diǎn)，使其能應(yīng)用于低頻振動(dòng)的抑制。

自適應(yīng)陷波器能夠自動(dòng)識(shí)別振動(dòng)頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)陷波器的參數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)抑制的目的，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性。

1.1.3基于H∞控制理論的復(fù)合控制方法分析

基于H∞控制理論設(shè)計(jì)的控制器能在攝動(dòng)時(shí)保持系統(tǒng)的特性，H∞控制器的這一優(yōu)點(diǎn)使其在振動(dòng)抑制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如ShigeoMofimoto等提出了一種基于H∞控制器的雙自由度控制器的設(shè)計(jì)用來改善速度命令的軌跡特性。高階的H∞控制器能夠應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)，該方法跟傳統(tǒng)的PI速度控制相比在魯棒性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)上有顯著提高，且能夠有效地抑制扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)和擾動(dòng)。

JianFU設(shè)計(jì)了一種觀測(cè)器和H∞濾波器結(jié)合的系統(tǒng)。引，提出了一種CCHFLo(CompensativeContmlBasedOnH∞Filter卸dkadObsen，er)的控制方法。該方法振動(dòng)能夠得到很好的抑制且具有魯棒性，缺點(diǎn)是系統(tǒng)比較復(fù)雜。

TeresaOrlowska—Kowalska和KrzysztofSzabat提出了另一種H∞控制理論與神經(jīng)模糊結(jié)合的控制方法，該方法采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊滑動(dòng)速度控制，能夠很好地抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，系統(tǒng)參數(shù)的范嗣很廣，魯棒性強(qiáng)且系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。

另外，Jianhuiwang等提出了一種根據(jù)最優(yōu)控制理論提出了一種新的預(yù)測(cè)控制模型。該模型能夠使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)接近參考輸入，且系統(tǒng)動(dòng)態(tài)曲線平滑，但是作者采用的參考輸入很小，適用范圍很小，有待提高。同樣利用預(yù)測(cè)模型的方法有牛志剛等提出的利用TurboPMAC運(yùn)動(dòng)控制器的超前觀測(cè)功能來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)抑制。超前預(yù)測(cè)的實(shí)質(zhì)是一種變插補(bǔ)周期的控制方式，不依賴于具體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

1.2扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制方法比較

綜上所述，傳統(tǒng)的PI控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)減小振動(dòng)效果不明顯，在利用PID控制的過程中。一旦參數(shù)整定，就不能改變，魯棒性較差；濾波器和陷波器能抑制高頻振動(dòng)，自動(dòng)識(shí)別振動(dòng)頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)，具有極強(qiáng)的自適應(yīng)性和魯棒性，但是對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性影響較大；共振比率控制(RRC)在共振頻影反共振頻率值很大時(shí)擁有良好的抑制能力。智能控制方法系統(tǒng)復(fù)雜但是具有很好的自適應(yīng)性和魯棒性；H∞控制能有效地控制系統(tǒng)的魯棒性，但是該方法以犧牲系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性為代價(jià)。