伺服系统滤波器双二阶和多种滤波器的类型功能对比-博扬

　　提高伺服系统性能的一种方法是增加控制回路中的增益，使系统能够更快地响应命令并更快地稳定，减少振荡。但是增加伺服增益意味着系统中的任何共振——通常是由于机械顺应性——被进一步放大，这可能导致不稳定和振动。

　　提高性能的另一种方法是通过在伺服控制回路中实施滤波电路来减少或消除谐振。大多数伺服系统滤波器都基于一种称为双二阶或双二阶（双二次的缩写）的滤波器。双二阶滤波器在数学上表示为两个二次函数的比率，分子代表零点，分母代表极点。

　　为了找到双二阶滤波器的增益或频率响应（即滤波器如何响应不同频率的正弦输入），从分子中减去双二阶的分母。双二阶滤波器的行为也受Q因子或品质因子的影响，它代表谐振时存储的能量与耗散的能量之比。Q的倒数是阻尼因子，因此Q值越高意味着阻尼越低，反之亦然。（当绘制频率响应时，Q的值被视为“陷波”的宽度。）双二阶滤波器非常灵活，可作为构建其他类型伺服调谐滤波器的基础，包括低通、陷波和超前滞后滤波器。

　　低通滤波器允许低于拐角或截止频率的信号通过，但衰减高于拐角频率的信号。低通滤波器通常用于伺服控制系统，因为它们可以在很宽的频率范围内减少共振的影响。但它们也会降低系统带宽，这可能对伺服响应能力不利。

　　陷波或带阻滤波器根据中心或陷波频率和带宽衰减频率。陷波滤波器会严重衰减中心频率附近的频率——在陷波频率处衰减最大——但在带宽范围的任一端附近衰减会显着下降。陷波滤波器可用于抑制负载侧和电机侧的谐振，通常在谐振频率高于控制环路带宽时实施，但也可在谐振发生在控制环路带宽附近时使用。

　　伺服控制算法通常包括两个或多个陷波滤波器，这些通常与低通滤波器结合使用。由于陷波滤波器用于衰减特定频率，因此必须准确识别谐振频率，如果谐振随时间变化，陷波滤波器可能会失效。超前滞后滤波器在较高频率提供衰减，但在较低频率没有增益。这些滤波器由它们的高频增益以及发生转换的频率和增益指定。