一種伺服電機(jī)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種伺服電機(jī)控制方法，伺服驅(qū)動(dòng)器在接收上位運(yùn)動(dòng)控制器給定轉(zhuǎn)速命令不為零時(shí)，工作于轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模式，接收上位運(yùn)動(dòng)控制器轉(zhuǎn)速命令，控制被控對(duì)象快速、穩(wěn)定到達(dá)目標(biāo)位置。轉(zhuǎn)速給定為零時(shí)，工作于電機(jī)位置閉環(huán)控制模式，實(shí)際轉(zhuǎn)速命令為位置環(huán)計(jì)算所得結(jié)果，使被控對(duì)象固定在目標(biāo)位置。消除了轉(zhuǎn)速反饋值波動(dòng)對(duì)于控制結(jié)果的影響，進(jìn)而防止了被控對(duì)象的抖動(dòng)。
【專利說(shuō)明】—種伺服電機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及伺服電機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服驅(qū)動(dòng)器作為控制和功率變換裝置在電機(jī)伺服控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。接收上位運(yùn)動(dòng)控制器的轉(zhuǎn)速命令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，使得被控對(duì)象達(dá)到目標(biāo)位置。
[0003]伺服驅(qū)動(dòng)器一般采用轉(zhuǎn)速控制模式，即轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制方法，該方法具備調(diào)速范圍廣、動(dòng)態(tài)性能好、精度高等優(yōu)勢(shì)，這種控制方法以電流為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速為外環(huán)，轉(zhuǎn)速外環(huán)的輸出作為電流內(nèi)環(huán)的輸入，控制方法為現(xiàn)有技術(shù)，具體技術(shù)細(xì)節(jié)不再展開(kāi)介紹。伺服電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器或者編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)使用，轉(zhuǎn)速傳感器自身的誤差、采樣誤差和計(jì)算誤差會(huì)造成轉(zhuǎn)速反饋值的波動(dòng)。采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制無(wú)法抑制此誤差(非轉(zhuǎn)速閉環(huán)前向通道值)。在被控對(duì)象偏離目標(biāo)位置比較大的情況下，驅(qū)動(dòng)器接收上位運(yùn)動(dòng)控制器的轉(zhuǎn)速命令(轉(zhuǎn)速命令不為零，轉(zhuǎn)速命令，下文也寫作轉(zhuǎn)速給定或者給定轉(zhuǎn)速命令)，通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速使得被控對(duì)象快速穩(wěn)定到達(dá)目標(biāo)位置，轉(zhuǎn)速反饋值的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制影響比較?。辉诒豢貙?duì)象與目標(biāo)位置重合的情況下，驅(qū)動(dòng)器接收到的轉(zhuǎn)速命令為零，轉(zhuǎn)速反饋值的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制的影響就會(huì)比較大。實(shí)際轉(zhuǎn)速為零的情況下，如果轉(zhuǎn)速反饋值在零附近上下波動(dòng)，會(huì)造成被控對(duì)象在目標(biāo)位置附近抖動(dòng)的情況；如果轉(zhuǎn)速反饋值為某方向很小的值(如正向或者反向)，會(huì)造成被控對(duì)象朝相反的方向輕微轉(zhuǎn)動(dòng)。這些控制效果都是精密控制中所不允許的。如在風(fēng)電變槳系統(tǒng)中，這種輕微抖動(dòng)會(huì)增加風(fēng)機(jī)關(guān)鍵器件疲勞度，減少風(fēng)機(jī)的使用壽命；在數(shù)控車床控制中則會(huì)影響機(jī)械加工的精度。
[0004]如何設(shè)計(jì)一種控制方法，使得伺服驅(qū)動(dòng)器在上位運(yùn)動(dòng)控制器給定轉(zhuǎn)速命令不為零時(shí)，能夠按照要求控制被控對(duì)象快速到達(dá)目標(biāo)位置，且在零轉(zhuǎn)速給定時(shí)，不受轉(zhuǎn)速反饋值波動(dòng)的影響而使被控對(duì)象固定在目標(biāo)位置成為當(dāng)前亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種伺服電機(jī)控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能使得被控對(duì)象穩(wěn)定在目標(biāo)位置的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是:
[0007]一種伺服電機(jī)控制方法，步驟如下:
[0008]4)伺服驅(qū)動(dòng)器接收上位運(yùn)動(dòng)控制器的轉(zhuǎn)速命令；
[0009]5)判斷轉(zhuǎn)速命令是否為零；
[0010]6)若轉(zhuǎn)速命令不為零，則采用轉(zhuǎn)速控制模式；若轉(zhuǎn)速命令為零，則采用位置控制模式，所述位置控制模式為:選定接收轉(zhuǎn)速命令時(shí)的電機(jī)位置為參考量，電機(jī)實(shí)時(shí)位置為反饋量，輸出量為轉(zhuǎn)速環(huán)的實(shí)際轉(zhuǎn)速命令。
[0011]所述電機(jī)位置為電機(jī)角位置。
[0012]在判斷轉(zhuǎn)速命令是否為零時(shí)，同時(shí)判斷實(shí)際轉(zhuǎn)速是否小于設(shè)定值V，僅當(dāng)轉(zhuǎn)速命令為零且實(shí)際轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值V時(shí)，采用位置控制模式。
[0013]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種位置、轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速工作模式的協(xié)調(diào)控制。伺服驅(qū)動(dòng)器在接收上位運(yùn)動(dòng)控制器給定轉(zhuǎn)速命令不為零時(shí)，工作于轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模式，接收上位運(yùn)動(dòng)控制器轉(zhuǎn)速命令，控制被控對(duì)象快速、穩(wěn)定到達(dá)目標(biāo)位置。轉(zhuǎn)速給定為零時(shí)，工作于電機(jī)位置閉環(huán)控制模式，實(shí)際轉(zhuǎn)速命令為位置環(huán)計(jì)算所得結(jié)果，使被控對(duì)象固定在目標(biāo)位置。消除了轉(zhuǎn)速反饋值波動(dòng)對(duì)于控制結(jié)果的影響，進(jìn)而防止了被控對(duì)象的抖動(dòng)。減少了系統(tǒng)疲勞度，增加了控制精度。實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速兩種控制模式之間的平穩(wěn)切換，系統(tǒng)響應(yīng)快速、穩(wěn)定、無(wú)延時(shí)。
[0014]伺服電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，合理的利用了系統(tǒng)資源配置，沒(méi)有增加硬件成本。
[0015]本發(fā)明結(jié)合伺服電機(jī)具備轉(zhuǎn)速、位置傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量電機(jī)角位置的特點(diǎn)，弓丨入電機(jī)角位置反饋值構(gòu)成電機(jī)位置閉環(huán)控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明方法所涉及各部件的連接示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明方法的控制策略圖；
[0018]圖3是位置控制模式(V*=0)和速度控制模式(V*幸O)的控制框圖的區(qū)別示意圖；
[0019]圖4采樣中斷服務(wù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明的方法適用于多種場(chǎng)合，如在風(fēng)電變槳系統(tǒng)中的變槳電機(jī)伺服控制和數(shù)控車床伺服控制系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明所涉及各部件的關(guān)系如圖1所示，伺服控制系統(tǒng)一般包括:上位運(yùn)動(dòng)控制器1，伺服驅(qū)動(dòng)器2，伺服電機(jī)3，位置轉(zhuǎn)速傳感器4，被控對(duì)象5。上位運(yùn)動(dòng)控制器I接收被控對(duì)象實(shí)際位置信息，對(duì)照目標(biāo)位置得到需要下發(fā)伺服驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速命令。伺服驅(qū)動(dòng)器2接收來(lái)自I的轉(zhuǎn)速命令，并根據(jù)轉(zhuǎn)速命令是否為零來(lái)進(jìn)行位置、轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制。如果來(lái)自上位運(yùn)動(dòng)控制器I的轉(zhuǎn)速命令不為零，伺服驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)轉(zhuǎn)速控制模式，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將控制對(duì)象快速穩(wěn)定的調(diào)整至目標(biāo)位置；反之則根據(jù)4所檢測(cè)到的電機(jī)位置信息，啟動(dòng)自身位置控制模式，將被控對(duì)象固定在目標(biāo)位置。
[0022]如圖2，根據(jù)上位運(yùn)動(dòng)控制器I下發(fā)轉(zhuǎn)速命令是否為零，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速工作模式的協(xié)調(diào)控制。伺服驅(qū)動(dòng)器2在接收上位運(yùn)動(dòng)控制器給定轉(zhuǎn)速命令不為零時(shí)，工作于轉(zhuǎn)速控制模式22，接收上位運(yùn)動(dòng)控制器轉(zhuǎn)速命令，控制伺服電機(jī)3使得被控對(duì)象快速到達(dá)目標(biāo)位置；在轉(zhuǎn)速給定為零時(shí)，工作于電機(jī)位置控制模式21，實(shí)際轉(zhuǎn)速命令為電機(jī)位置環(huán)計(jì)算所得結(jié)果，控制伺服電機(jī)3使被控對(duì)象固定在目標(biāo)位置。消除了轉(zhuǎn)速反饋值波動(dòng)對(duì)于控制結(jié)果的影響。
[0023]如圖3所示，在轉(zhuǎn)速命令V*不為零時(shí)，伺服電機(jī)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，在轉(zhuǎn)速命令V*為零時(shí)，相當(dāng)于增加了一個(gè)位置閉環(huán)，該位置環(huán)的輸出為速度環(huán)的實(shí)際轉(zhuǎn)速命令，位置環(huán)的輸出是以接收轉(zhuǎn)速命令(v*=0)時(shí)的電機(jī)位置為參考量，電機(jī)實(shí)時(shí)位置為反饋量，經(jīng)運(yùn)算得到的輸出，比如可采用參考量、反饋量求差值然后PID調(diào)節(jié)等常規(guī)手段獲得。[0024]電機(jī)位置轉(zhuǎn)速傳感器采樣的是角度值，所以上述電機(jī)位置均為角位置。
[0025]伺服電機(jī)位置、轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制方法是在伺服驅(qū)動(dòng)器控制芯片(本發(fā)明中使用的是數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，但不局限于DSP)中編程實(shí)現(xiàn)的。如圖4是一個(gè)中斷服務(wù)程序的流程圖，可以采用定時(shí)中斷的方式。
[0026]在中斷服務(wù)程序中，首先判斷上位運(yùn)動(dòng)控制器I下發(fā)轉(zhuǎn)速命令是否為零，且電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值的模是否小于某固定值V，以此作為投入位置閉環(huán)控制的條件。否則只投入轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。V是根據(jù)電機(jī)動(dòng)態(tài)控制特性來(lái)定的，一般是比較小的轉(zhuǎn)速值。判斷電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值的模是否小于V是為了避免在電機(jī)轉(zhuǎn)速很高的情況下，轉(zhuǎn)速命令突然為零時(shí)，切換為電機(jī)位置環(huán)控制會(huì)影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，不利于被控對(duì)象快速穩(wěn)定的到達(dá)目標(biāo)位置。
[0027]若不投入位置閉環(huán)，則退出中斷；投入位置閉環(huán)，則計(jì)算速度環(huán)的實(shí)際轉(zhuǎn)速命令(即圖中計(jì)算轉(zhuǎn)速命令調(diào)整值)，由于電機(jī)位置環(huán)控制也需要一個(gè)目標(biāo)角位置(即位置環(huán)的參考量)，且要求目標(biāo)角位置是唯一的。如圖所示，以電機(jī)當(dāng)前角位置為角位置參考值，即轉(zhuǎn)速命令為零時(shí)的角位置為參考值。然而，轉(zhuǎn)速位置傳感器所反饋的電機(jī)角位置信息是實(shí)時(shí)更新的，因此，程序中引入了一個(gè)變量Position_Flag來(lái)鎖定角位置參考值，用Position_Flag來(lái)作為取樣電機(jī)位置環(huán)控制所需目標(biāo)角位置的標(biāo)志位。在Position_Flag等于I時(shí)，取樣電機(jī)實(shí)時(shí)角位置為目標(biāo)角位置，Positi0n_Flag變量在取樣得到目標(biāo)角位置后清零，以保證目標(biāo)角位置不再變化。在沒(méi)有投入電機(jī)位置閉環(huán)控制情況下，Positi0n_Flag變量置I是為了在投入位置環(huán)時(shí)，首先取樣得到目標(biāo)角位置信息。
[0028]發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，步驟如下: 1)伺服驅(qū)動(dòng)器接收上位運(yùn)動(dòng)控制器的轉(zhuǎn)速命令； 2)判斷轉(zhuǎn)速命令是否為零； 3)若轉(zhuǎn)速命令不為零，則采用轉(zhuǎn)速控制模式；若轉(zhuǎn)速命令為零，則采用位置控制模式，所述位置控制模式為:選定接收轉(zhuǎn)速命令時(shí)的電機(jī)位置為參考量，電機(jī)實(shí)時(shí)位置為反饋量，輸出量為轉(zhuǎn)速環(huán)的實(shí)際轉(zhuǎn)速命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，所述電機(jī)位置為電機(jī)角位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，在判斷轉(zhuǎn)速命令是否為零時(shí)，同時(shí)判斷實(shí)際轉(zhuǎn)速是否小于設(shè)定值V，僅當(dāng)轉(zhuǎn)速命令為零且實(shí)際轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值V時(shí)，采用位置控制模式。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103488189SQ201310439659
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】趙瑞杰, 田素立, 王艷領(lǐng), 邢珊珊, 代興華, 朱洪浩, 李軍克, 才鴻飛, 葛林耀, 張坤 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼風(fēng)電科技有限公司, 國(guó)網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲(chǔ)示范電站有限公司