CN105759604A - 一种双核伺服驱动***及伺服电机在线建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双核伺服驱动***，包括：主CPU模块，用于控制算法的计算；从CPU模块，用于实时采集电机状态数据，建立电机数学模型；FPGA模块，用于数据交换中介以及相关信号的采集；存储模块；编码器接口模块，与电机编码器连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号；按键模块，用于配置伺服驱动器的输入参数以及控制模式，主CPU模块通过FPGA模块与从CPU模块连接，编码器接口模块、存储模块与主CPU模块连接，按键模块与FPGA模块连接。本发明还公开了一种伺服电机实时在线建模方法。本发明的伺服控制***能实时计算出***模型，调试人员可以根据电机模型，选用对应的控制参数，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于伺服电机控制技术领域，具体涉及一种双核伺服驱动***及伺服电机在线建模方法。
背景技术
伺服***能够精确跟踪参考信号过程，广泛存在于数控机床、风力发电、工业机械手等领域。伺服***的执行结构是伺服电机，由增量式光电轴角编码器检测***的角位移和角速度并反馈给控制器，通过控制器将反馈信号和给定信号进行比较和运算，产生控制信号，实现伺服控制。
由于比例-积分-微分(PID)控制器设计简单，易于实现，工业上90％以上的电机伺服控制器都是采用PID控制算法。但这种算法存在一个弊端，那就是参数的整定相当繁琐，需要有经验的技术人员反复调试才能获得比较满意的控制性能。更具体地说，现有伺服驱动***受到硬件处理能力的限制，即CPU不能在很短的时间内计算出相关参数，只能靠有经验的人工不断地调试得出***优化参数。由于控制对象五花八门，必须用各种型号和类型的电机。因此，要求调试人员具有多工种的调试经验，特别地，有些经验并不适用于特殊场合，无疑给调试人员带来很大的困难。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，本发明提供一种调试人员可以根据电机模型，选用对应的控制参数，快速找到达到性能要求的参数，大大提高生产效率的双核伺服驱动***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种双核伺服驱动***，包括：
主CPU模块，用于控制算法的计算；
从CPU模块，用于实时采集电机状态数据，建立电机数学模型；
FPGA模块，用于数据交换中介以及相关信号的采集；
存储模块，用于保存信号数据和程序；
编码器接口模块，与电机编码器连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号；
按键模块，用于配置伺服驱动器的输入参数以及控制模式，
所述主CPU模块通过FPGA模块与从CPU模块连接，所述编码器接口模块、存储模块与主CPU模块连接，所述按键模块与FPGA模块连接。
具体的，所述双核伺服驱动***还包括用于提供整个双核伺服驱动***电源的电源模块，所述电源模块分别与主CPU模块、FPGA模块连接。
具体的，所述双核伺服驱动***还包括：
整流模块，用于将输入的三相市电转换成两项直流电；
电容模块，用于对整流后的电信号进行滤波；
IPM模块，用于将直流电转换成三相交流电，所述整流模块、电容模块、IPM模块依次串联，所述整流模块的输入端外接三相市电，所述IPM模块的信号输入端连接FPGA模块，所述IPM模块的输出端连接电机。
基于同一构思，本发明还提供一种基于上述双核伺服驱动***的伺服电机实时在线建模方法，包括以下步骤：
S1、通过按键模块，选择双核伺服驱动***的建模功能；
S2、从CPU模块启动建模流程；
S3、从CPU模块把计算获得的数学方程，通过数显模块，把电机模型显示出来。
具体的，所述步骤S2中，从CPU启动建模流程的具体过程为：
S201、***阶跃响应，CPU给电机输入一个恒定值，电机运行稳定后，采集若干组数量的电机输入参数及对应输出参数；
S202、得出数学方程式，通过***输出除以输入，得出电机的数学模型：
Y＝aX2+bX+c
其中，x为电机输入，Y为***输出，a，b，c为***参数；
S203、参数辨识，利用递推原理：新的估计值 求得***参数，即
K时刻的估计值可以表示为
式中y(k)为S202数学方程的响应，即***输出，通过S201采集获得，可得如下递推公式：
把采用数据根据上述三条递推公式，则可估算出***参数：
最后，得出计算出电机的数学模型。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
1、本发明的伺服控制***采用双核架构，能实时计算出***模型，调试人员可以根据电机模型，选用对应的控制参数，利用理论指导实践，使得调试人员有的放矢，很快找到达到性能要求的参数，大大提高生产效率。
2、调试人员可以得到较为准确的电机模型，并根据数学模型计算出相应的控制参数，进而不用盲目地凭经验调节参数，减少调试时间，增加调试精度，提高控制性能。
附图说明
图1为本发明的双核伺服驱动***结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1，一种双核伺服驱动***，包括：
主CPU模块，用于控制算法的计算；
从CPU模块，用于实时采集电机状态数据，建立电机数学模型；
FPGA模块，用于数据交换中介以及相关信号的采集；
存储模块，用于保存信号数据和程序；
编码器接口模块，与电机编码器连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号；
按键模块，用于配置伺服驱动器的输入参数以及控制模式，
所述主CPU模块通过FPGA模块与从CPU模块连接，所述编码器接口模块、存储模块与主CPU模块连接，所述按键模块与FPGA模块连接。
具体的，所述双核伺服驱动***还包括用于提供整个双核伺服驱动***电源的电源模块，所述电源模块分别与主CPU模块、FPGA模块连接。
具体的，所述双核伺服驱动***还包括：
整流模块，用于将输入的三相市电转换成两项直流电；
电容模块，用于对整流后的电信号进行滤波；
IPM模块，用于将直流电转换成三相交流电，所述整流模块、电容模块、IPM模块依次串联，所述整流模块的输入端外接三相市电，所述IPM模块的信号输入端连接FPGA模块，所述IPM模块的输出端连接电机。
所述功率模块包括与DC-DC模块连接的IPM模块，所述IPM模块用于将直流电370V转换成按一定规律变化的三相交流电。
基于同一构思，本发明还提供一种基于上述双核伺服驱动***的伺服电机实时在线建模方法，包括以下步骤：
S1、通过按键模块，选择伺服驱动***的建模功能；
S2、从CPU模块启动建模流程：
1)***阶跃响应，CPU给电机输入一个恒定值，电机运行稳定后，采集若干组的电机输入参数和对应的输出参数；
2)数学方程式，通过***输出除以输入，得出电机的数学模型：
Y＝aX2+bX+c
其中，x为电机输入，Y为***输出，a，b，c为***参数；
3)参数辨识，利用递推原理：新的估计值求得***参数，即
K时刻的估计值可以表示为
式中y(k)为2)数学方程的响应，即***输出，通过1)采集获得。
可得如下递推公式：
把采用数据根据上述三条递推公式，则可估算出***参数：
最后，得出计算出电机的数学模型。
STEP3,从CPU模块把计算获得的数学方程，通过数显模块，把电机模型显示出来。
因此，调试人员只要按下一个按键，伺服驱动***就会自动建立电机模型。然后调试人员可以根据数学模型，利用不同的整定方法，把PID控制参数计算出来，使得电机达到较高的控制性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种双核伺服驱动***，其特征在于，包括：
主CPU模块，用于控制算法的计算；
从CPU模块，用于实时采集电机状态数据，建立电机数学模型；
FPGA模块，用于数据交换中介以及相关信号的采集；
存储模块，用于保存信号数据和程序；
编码器接口模块，与电机编码器连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号；
按键模块，用于配置伺服驱动器的输入参数以及控制模式，
所述主CPU模块通过FPGA模块与从CPU模块连接，所述编码器接口模块、存储模块与主CPU模块连接，所述按键模块与FPGA模块连接。
2.根据权利要求1所述的双核伺服驱动***，其特征在于，所述双核伺服驱动***还包括用于提供整个双核伺服驱动***电源的电源模块，所述电源模块分别与主CPU模块、FPGA模块连接。
3.根据权利要求2所述的双核伺服驱动***，其特征在于，所述双核伺服驱动***还包括：
整流模块，用于将输入的三相市电转换成两项直流电；
电容模块，用于对整流后的电信号进行滤波；
IPM模块，用于将直流电转换成三相交流电，所述整流模块、电容模块、IPM模块依次串联，所述整流模块的输入端外接三相市电，所述IPM模块的信号输入端连接FPGA模块，所述IPM模块的输出端连接电机。
4.一种如上述权利要求1-3所述的双核伺服驱动***的伺服电机实时在线建模方法，包括以下步骤：
S1、通过按键模块，选择双核伺服驱动***的建模功能；
S2、从CPU模块启动建模流程；
S3、从CPU模块把计算获得的数学方程，通过数显模块，把电机模型显示出来。
5.根据权利要求4所述的伺服电机实时在线建模方法，其特征在于，所述步骤S2中，从CPU启动建模流程的具体过程为：
S201、***阶跃响应，CPU给电机输入一个恒定值，电机运行稳定后，采集若干组数量的电机输入参数及对应输出参数；
S202、得出数学方程式，通过***输出除以输入，得出电机的数学模型：
Y＝aX2+bX+c
其中，x为电机输入，Y为***输出，a，b，c为***参数；
S203、参数辨识，利用递推原理： 求得***参数，即
K时刻的估计值可以表示为
式中y(k)为S202数学方程的响应，即***输出，通过S201采集获得，可得如下递推公式：
①
②
③
把采用数据根据上述三条递推公式，则可估算出***参数：
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| CN114895631A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-08-12 | 深圳市大族机器人有限公司 | 伺服驱动器、伺服***及机器人 |
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