伺服系统中的滤波器优化方案

滤波器被广泛应用于伺服控制系统中，如图9-1所示。

图9-1 伺服控制系统中的滤波器

滤波器放在位置指令后，用来平滑位置指令波形；放在模拟转速指令后，用来减小混叠，降低分辨率噪声；放在转速反馈回路中，用来消除转速估计噪声；放在电流环路前，用来消除分辨率噪声和衰减谐振；放在位置前馈后，用来降低D增益对噪声的敏感。

通常，伺服工程师希望信号通过滤波器后，在增益穿越频率处产生最小相位滞后的同时，还能衰减其高频。这些滤波器中，最常见的结构是低通滤波器。它衰减所有高于特定频率的信号分量，被设计用来消除来自不同噪声源的噪声：电气互连（干扰），分辨率限制，电磁干扰（EMI）以及反馈装置中的固有噪声。但是事物都存在两面性，低通滤波器的主要缺点是它会给控制系统带来不稳定性，这种不稳定性是通过引起增益穿越频率处的相位滞后引入的。(www.xing528.com)

对反馈信号进行滤波是通过平滑尖峰脉冲来消除反馈信号中的噪声的，这种滤波器通常是一个单极点或者双极点低通滤波器，其带宽有时根据应用的不同来设定。对于响应慢的应用，如果有可能，则将低通滤波器的带宽设定得很窄；而对于大多数响应快速的应用，带宽必须设定得比较宽，或者干脆把滤波器关闭。

陷波滤波器在伺服控制系统中也被采用。陷波滤波器只消除一个很窄的频带范围内的信号，让高于和低于陷波频率的信号通过，对滤除信号中固定频率噪声是非常有用的。陷波滤波器和低通滤波器都可以解决谐振问题，但陷波滤波器在控制回路中产生的相位滞后更小。在滤波器结构固定且运行时谐振频率不发生变化，以及当每台滤波器可以单独进行陷波调试时，陷波滤波器的功效是最好的。

位置指令的不连续或突变可能会导致实际机械系统无法跟上所给的指令，因此需要将其平滑滤波。平滑滤波结构通常有梯形和S形两种，S形曲线的计算量相对较大，一定程度上限制了使用。一种新的S形平滑滤波器设计方法将在本章最后一节介绍。