CN103488189A - 一种伺服电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服电机控制方法，伺服驱动器在接收上位运动控制器给定转速命令不为零时，工作于转速闭环控制模式，接收上位运动控制器转速命令，控制被控对象快速、稳定到达目标位置。转速给定为零时，工作于电机位置闭环控制模式，实际转速命令为位置环计算所得结果，使被控对象固定在目标位置。消除了转速反馈值波动对于控制结果的影响，进而防止了被控对象的抖动。

Description

一种伺服电机控制方法

技术领域

本发明涉及伺服电机控制方法。

背景技术

伺服驱动器作为控制和功率变换装置在电机伺服控制领域中的应用越来越普遍。接收上位运动控制器的转速命令，驱动伺服电机，使得被控对象达到目标位置。

伺服驱动器一般采用转速控制模式，即转速、电流双闭环控制方法，该方法具备调速范围广、动态性能好、精度高等优势，这种控制方法以电流为内环，转速为外环，转速外环的输出作为电流内环的输入，控制方法为现有技术，具体技术细节不再展开介绍。伺服电机一般采用旋转变压器或者编码器作为转速传感器来使用，转速传感器自身的误差、采样误差和计算误差会造成转速反馈值的波动。采用转速、电流双闭环控制无法抑制此误差(非转速闭环前向通道值)。在被控对象偏离目标位置比较大的情况下，驱动器接收上位运动控制器的转速命令(转速命令不为零，转速命令，下文也写作转速给定或者给定转速命令)，通过调整电机转速使得被控对象快速稳定到达目标位置，转速反馈值的波动对***控制影响比较小；在被控对象与目标位置重合的情况下，驱动器接收到的转速命令为零，转速反馈值的波动对***控制的影响就会比较大。实际转速为零的情况下，如果转速反馈值在零附近上下波动，会造成被控对象在目标位置附近抖动的情况；如果转速反馈值为某方向很小的值(如正向或者反向)，会造成被控对象朝相反的方向轻微转动。这些控制效果都是精密控制中所不允许的。如在风电变桨***中，这种轻微抖动会增加风机关键器件疲劳度，减少风机的使用寿命；在数控车床控制中则会影响机械加工的精度。

如何设计一种控制方法，使得伺服驱动器在上位运动控制器给定转速命令不为零时，能够按照要求控制被控对象快速到达目标位置，且在零转速给定时，不受转速反馈值波动的影响而使被控对象固定在目标位置成为当前亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种伺服电机控制方法，用以解决现有技术中不能使得被控对象稳定在目标位置的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：

一种伺服电机控制方法，步骤如下：

4）伺服驱动器接收上位运动控制器的转速命令；

5）判断转速命令是否为零；

6）若转速命令不为零，则采用转速控制模式；若转速命令为零，则采用位置控制模式，所述位置控制模式为：选定接收转速命令时的电机位置为参考量，电机实时位置为反馈量，输出量为转速环的实际转速命令。

所述电机位置为电机角位置。

在判断转速命令是否为零时，同时判断实际转速是否小于设定值V，仅当转速命令为零且实际转速小于设定值V时，采用位置控制模式。

本发明设计了一种位置、转速协调控制方法，实现了伺服电机位置、转速工作模式的协调控制。伺服驱动器在接收上位运动控制器给定转速命令不为零时，工作于转速闭环控制模式，接收上位运动控制器转速命令，控制被控对象快速、稳定到达目标位置。转速给定为零时，工作于电机位置闭环控制模式，实际转速命令为位置环计算所得结果，使被控对象固定在目标位置。消除了转速反馈值波动对于控制结果的影响，进而防止了被控对象的抖动。减少了***疲劳度，增加了控制精度。实现了伺服电机位置、转速两种控制模式之间的平稳切换，***响应快速、稳定、无延时。

伺服电机位置、转速协调控制通过软件编程实现，合理的利用了***资源配置，没有增加硬件成本。

本发明结合伺服电机具备转速、位置传感器能够准确测量电机角位置的特点，引入电机角位置反馈值构成电机位置闭环控制。

附图说明

图1是本发明方法所涉及各部件的连接示意图；

图2是本发明方法的控制策略图；

图3是位置控制模式（V*=0）和速度控制模式（V*≠0）的控制框图的区别示意图；

图4采样中断服务流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的方法适用于多种场合，如在风电变桨***中的变桨电机伺服控制和数控车床伺服控制***。下面结合附图进一步的说明，本发明所涉及各部件的关系如图1所示，伺服控制***一般包括：上位运动控制器1，伺服驱动器2，伺服电机3，位置转速传感器4，被控对象5。上位运动控制器1接收被控对象实际位置信息，对照目标位置得到需要下发伺服驱动器的转速命令。伺服驱动器2接收来自1的转速命令，并根据转速命令是否为零来进行位置、转速协调控制。如果来自上位运动控制器1的转速命令不为零，伺服驱动器启动转速控制模式，通过驱动电机将控制对象快速稳定的调整至目标位置；反之则根据4所检测到的电机位置信息，启动自身位置控制模式，将被控对象固定在目标位置。

如图2，根据上位运动控制器1下发转速命令是否为零，实现伺服电机位置、转速工作模式的协调控制。伺服驱动器2在接收上位运动控制器给定转速命令不为零时，工作于转速控制模式22，接收上位运动控制器转速命令，控制伺服电机3使得被控对象快速到达目标位置；在转速给定为零时，工作于电机位置控制模式21，实际转速命令为电机位置环计算所得结果，控制伺服电机3使被控对象固定在目标位置。消除了转速反馈值波动对于控制结果的影响。

如图3所示，在转速命令V*不为零时，伺服电机为转速、电流双闭环控制，在转速命令V*为零时，相当于增加了一个位置闭环，该位置环的输出为速度环的实际转速命令，位置环的输出是以接收转速命令（V*=0）时的电机位置为参考量，电机实时位置为反馈量，经运算得到的输出，比如可采用参考量、反馈量求差值然后PID调节等常规手段获得。

电机位置转速传感器采样的是角度值，所以上述电机位置均为角位置。

伺服电机位置、转速协调控制方法是在伺服驱动器控制芯片(本发明中使用的是数字信号处理芯片DSP，但不局限于DSP)中编程实现的。如图4是一个中断服务程序的流程图，可以采用定时中断的方式。

在中断服务程序中，首先判断上位运动控制器1下发转速命令是否为零，且电机实际转速值的模是否小于某固定值V，以此作为投入位置闭环控制的条件。否则只投入转速闭环控制。V是根据电机动态控制特性来定的，一般是比较小的转速值。判断电机实际转速值的模是否小于V是为了避免在电机转速很高的情况下，转速命令突然为零时，切换为电机位置环控制会影响***动态响应，不利于被控对象快速稳定的到达目标位置。

若不投入位置闭环，则退出中断；投入位置闭环，则计算速度环的实际转速命令（即图中计算转速命令调整值），由于电机位置环控制也需要一个目标角位置（即位置环的参考量），且要求目标角位置是唯一的。如图所示，以电机当前角位置为角位置参考值，即转速命令为零时的角位置为参考值。然而，转速位置传感器所反馈的电机角位置信息是实时更新的，因此，程序中引入了一个变量Position_Flag来锁定角位置参考值，用Position_Flag来作为取样电机位置环控制所需目标角位置的标志位。在Position_Flag等于1时，取样电机实时角位置为目标角位置，Position_Flag变量在取样得到目标角位置后清零，以保证目标角位置不再变化。在没有投入电机位置闭环控制情况下，Position_Flag变量置1是为了在投入位置环时，首先取样得到目标角位置信息。

发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种伺服电机控制方法，其特征在于，步骤如下：

1）伺服驱动器接收上位运动控制器的转速命令；

2）判断转速命令是否为零；

3）若转速命令不为零，则采用转速控制模式；若转速命令为零，则采用位置控制模式，所述位置控制模式为：选定接收转速命令时的电机位置为参考量，电机实时位置为反馈量，输出量为转速环的实际转速命令。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于，所述电机位置为电机角位置。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于，在判断转速命令是否为零时，同时判断实际转速是否小于设定值V，仅当转速命令为零且实际转速小于设定值V时，采用位置控制模式。

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