Одним из способов улучшить производительность сервосистемы является увеличение выигрыши в контуре управления, позволяя системе быстрее реагировать на команды и быстрее настраиваться с меньшими колебаниями. Но увеличение коэффициента усиления сервопривода это означает, что любые резонансы в системе — обычно из—за механической податливости — дополнительно усиливаются, что может вызвать нестабильность и вибрацию. Другим способом повышения производительности является уменьшение или устранение резонансов путем внедрения схем фильтров в контуры сервоуправления.

Большинство фильтров сервосистем основаны на типе фильтра, известном как биквадратный, или bi-quad (сокращение от биквадратичный). Биквадратные фильтры математически выражаются как отношение двух квадратичных функций, где числитель представляет нули, а знаменатель — полюса. (Для более подробного объяснения полюсов и нулей в теории управления взгляните на эта статья из Массачусетского технологического института.)

Чтобы найти выгоду, или частотная характеристика, из биквадратного фильтра (то есть того, как фильтр реагирует на синусоидальный входной сигнал с различными частотами) знаменатель биквадрата вычитается из числителя. На работу биквадратного фильтра также влияет добротность, или коэффициент качества, который представляет собой отношение запасенной энергии к энергии, рассеиваемой при резонансе. Величина, обратная Q, является коэффициентом демпфирования, поэтому более высокие значения Q означают более низкое демпфирование, и наоборот. (При построении частотной характеристики значение Q рассматривается как ширина “выемки”.)

Биквадратные фильтры являются гибкими и служат основой для построения других типов фильтров настройки сервопривода, включая фильтры нижних частот, режекторные фильтры и фильтры с опережением.

A фильтр нижних частот пропускает сигналы с частотой ниже угловой, или граничной, но ослабляет сигналы с частотой выше угловой. Фильтры нижних частот обычно используются в системах сервоуправления, поскольку они могут уменьшить влияние резонансов в широком диапазоне частот. Но они также уменьшают пропускную способность системы, что может отрицательно сказаться на быстродействии сервопривода.

Фильтры с насечкой или отбраковкой полос ослабляйте частоты на основе центральной частоты или частоты среза и полосы пропускания. Режекторный фильтр сильно ослабляет частоты вокруг центральной частоты — с максимальным ослаблением на режекторной частоте, — но затухание значительно снижается вблизи обоих концов диапазона пропускной способности. Режекторные фильтры могут использоваться для подавления резонансов как со стороны нагрузки, так и со стороны двигателя и обычно реализуются, когда резонансные частоты превышают полосу пропускания контура управления, но они также могут использоваться, когда резонанс возникает вблизи полосы пропускания контура управления.

Алгоритмы сервоуправления часто включают в себя два или более режекторных фильтра, и они обычно используются в сочетании с фильтром нижних частот. Поскольку режекторные фильтры используются для ослабления определенных частот, резонансные частоты должны быть точно определены, и если резонансы изменяются с течением времени, режекторные фильтры могут стать неэффективными.

Фильтры с опережением и запаздываниемобеспечивают затухание на более высоких частотах, но не имеют усиления на более низких частотах. Эти фильтры определяются их высокочастотным коэффициентом усиления, а также частотой и коэффициентом усиления, при которых происходит переход. (Для получения отличного руководства по фильтрам опережения и запаздывания ознакомьтесь с это видео разработано инженером по системам управления Брайаном Дугласом.)