CN110412890A - 一种伺服驱动器的仿真方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种伺服驱动器的仿真方法、装置、设备和存储介质，该方法包括，将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；确定第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，第一离散过程为多个离散过程的任意一个离散过程；根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，离散过程时间为第一离散过程的时间。实现了伺服驱动器的位置和/或速度的精确仿真。

Description

一种伺服驱动器的仿真方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明实施例涉及伺服驱动器仿真技术，尤其涉及一种伺服驱动器的仿真方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

伺服驱动器又称为“伺服控制器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其广泛应用于工业机器人、数字机床等高精度仪器设备中。

伺服驱动器的仿真是精密设备整个运动仿真过程的关键，现阶段，伺服驱动器的仿真算法普遍采用基于速度的仿真算法。

此类方法不能精确的仿真出伺服驱动器的位置信息，仅通过速度对伺服驱动器进行仿真，仿真结果误差较大，响应较慢，针对安全性要求较高的***，其仿真结果没有参考意义。

发明内容

本发明实施例提供一种伺服驱动器的仿真方法、装置、设备和存储介质，以实现伺服驱动器的位置和/或速度的精确仿真。

第一方面，本发明实施例提供了一种伺服驱动器的仿真方法，该方法包括：将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

确定第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，第一离散过程为多个离散过程的任意一个离散过程；

根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，离散过程时间为第一离散过程的时间。

第二方面，本发明实施例还提供了一种伺服驱动器的仿真装置，该装置包括：

连续驱动过程离散模块：用于将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

加速时间t₁确定模块：用于确定每一个离散过程的加速时间；

匀速时间t₂确定模块：用于确定每一个离散过程的匀速时间；

加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt关系比较模块：用于比较加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系；

末速度V_o确定模块：用于确定末速度V_o的值；

位置增量P_o确定模块：用于确定位置增量P_o的值。

第三方面，本发明实施例还提供了一种伺服驱动器的仿真设备，该设备包括：一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述第一方面所述的伺服驱动器的仿真方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的伺服驱动器的仿真方法。

本发明实施例通过将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程，然后确定多个离散过程中的任意一个离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，最后根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定任意一个离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，并将任意一个离散过程的末速度V_o作为下一个离散过程的初速度V_i，根据该方法可以求得每一个离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，实现了伺服驱动器的位置和/或速度的精确仿真。

附图说明

图1为本发明实施例一中的一种伺服驱动器的仿真方法的流程图；

图2为本发明实施例一中的列举的一种伺服驱动器的运动梯形图；

图3为本发明实施例二中的一种伺服驱动器的仿真方法的流程图；

图4为本发明实施例三中的一种伺服驱动器的仿真装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四中的一种伺服驱动器的仿真设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种伺服驱动器的仿真方法的流程图，本实施例可适用于工业机器人以及精密机床中的伺服驱动器的仿真情况，该方法可以由伺服驱动器的仿真装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在执行本方法的设备中，在本实施例中执行本方法的设备可以是计算机、平板电脑和/或手机等可以执行仿真操作的任意一种智能终端。具体的，参考图 1，该方法具体包括如下步骤：

S110、将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程。

伺服驱动器又称为“伺服控制器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其广泛应用于工业机器人、数字机床等高精度仪器设备中。

具体的，按照一定的时间间隔，将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程，其中每一个离散过程都有独立的输入输出。例如，将机器人的运动过程离散为多个运动过程，每一个运动过程的输入输出都不相同。

S120、确定第一离散过程的加速时间和匀速时间，第一离散过程为多个离散过程的任意一个离散过程。

第一离散过程是多个离散过程的任意一个离散过程，其中，第一离散过程的加速时间t₁是指第一离散过程中伺服驱动器的速度变化所需要的时间，加速时间可以为加速度时间或减速度时间；第一离散过程的匀速时间t₂是指第一离散过程中伺服驱动器匀速运动的时间。例如，机器人的第一个运动过程初始速度为0，5s后速度为1.5m/s，并以此速度匀速运动2s，则在此过程中加速时间t₁为 5s，匀速时间t₂为2s。

为了进一步解释第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，图2列举了伺服驱动器的一种运动梯形图，其中V_i为初速度、V_t为目标速度、a_a为加速度参数、 a_d为减速度参数、t₁为加速时间、t₁+t₂为加速时间与匀速时间之和，即t₂为匀速时间。具体的，伺服驱动器运动过程中，伺服驱动的运动速度由初速度V_i加速到目标速度V_t，其中，伺服驱动器由初速度V_i加速到目标速度V_t所用的时间为加速时间t₁；伺服驱动器以目标速度V_t匀速运动一段时间后开始减速，直至伺服驱动器的运动速度减至零为止，其中，匀速运动的时间为匀速时间t₂。需要说明的是，图2仅列举了伺服驱动器的一种运动模型，并不代表伺服驱动器的所有运动模型。

可选的，根据第一离散过程的初速度V_i、目标速度V_t和加速度信息a确定加速时间t₁；根据第一离散过程的目标位置P_t、初速度V_i、目标速度V_t、加速度信息a确定匀速时间t₂。

具体的，如果目标速度V_t大于初速度V_i，即V_t>V_i，则将加速度参数a_a确定为加速度信息a，即令a＝a_a，其中a_a为加速度参数。如果目标速度V_t小于初速度V_i，则将减速度参数确定为加速度信息a，即令a＝a_d，其中a_d为减速度参数。此时加速时间

可选的，根据第一离散过程的目标位置P_t、初速度V_i、目标速度V_t、加速度信息a确定匀速时间t₂之后，若匀速时间t₂小于零，则根据目标位置P_t、初速度V_i和加速度信息a确定加速时间t₁。具体的，第一离散过程中的所有输入量都用矢量表示，当t₂＜0时，表示第一离散过程中没有匀速过程，此时，并设置匀速时间t₂＝0。

S130、根据加速时间、匀速时间与离散过程时间的关系确定第一离散过程的末速度和位置增量，离散过程时间为第一离散过程的时间。

可选的，当离散过程时间Δt小于加速时间t₁时，根据初速度V_i、加速度信息 a和离散过程时间Δt，确定末速度V_o；根据末速度V_o、初速度V_i和加速度信息a确定位置增量P_o。

具体的，如果Δt＜t₁，那么V_o＝V_i+aΔt，

可选的，当离散过程时间Δt大于加速时间t₁，且离散过程时间Δt小于加速时间t₁和匀速时间t₂的和时，根据初速度V_i、加速度信息a和加速时间t₁确定末速度V_o；

根据末速度V_o、加速度信息a、初速度V_i、离散过程时间Δt和加速时间t₁确定位置增量P_o。

具体的，如果t₁≤Δt≤t₁+t₂，那么V_o＝V_i+at₁，

可选的，当离散过程时间Δt大于加速时间t₁和匀速时间t₂的和时，根据初速度V_i、加速度信息a、离散过程时间Δt、加速时间t₁和匀速时间t₂确定位置增量P_o。

具体的，如果Δt＞t₁+t₂，那么V_o＝V_i+at₁+a_d(Δt-t₁-t₂)，

需要说明的是，初速度V_i、加速度参数a_a、减速度参数a_d、离散过程时间Δt、目标位置P_t和/或目标速度V_t均是固定量，需要手动输入到伺服驱动器中。例如，在机器人水平运动过程中，初速度V_i可以为0m/s、加速度参数a_a可以为0.125g, 减速度参数a_d可以为0.125g，目标速度V_t可以为1.5m/s等。

可选的，本实施例通过改变输入量目标位置P_t的值，可以实现伺服驱动器不同位置模式的仿真；如果将输入量目标位置P_t的值设置为无穷大，可以实现伺服驱动器速度模式的仿真。

本实施例的技术方案，通过将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程，然后确定多个离散过程中的任意一个离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，最后根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定任意一个离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，实现了对伺服驱动器的任意一个离散过程的位置和/或速度的精确仿真。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种伺服驱动器的仿真方法的流程图。在上述实施例的基础上，上述伺服驱动器的仿真方法还包括，将第二离散过程的末速度V_o作为第一离散过程的初速度V_i，其中第二离散过程为第一离散过程的前一个离散过程；将第一离散过程的末速度V_o作为第三离散过程的初速度V_i，其中第三离散过程为第一离散过程的后一个离散过程。参考图3，本实施例的方法具体包括如下步骤：

S210、将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程。

S220、确定第一离散过程的加速时间和匀速时间，第一离散过程为多个离散过程的任意一个离散过程。

S230、根据加速时间、匀速时间与离散过程时间的关系确定第一离散过程的末速度和位置增量，离散过程时间为第一离散过程的时间。

S240、将第二离散过程的末速度作为第一离散过程的初速度，第二离散过程为第一离散过程的前一个离散过程。

具体的，第二离散过程为第一离散过程的前一个离散过程，根据实施例一的方法计算出第二离散过程的末速度V_o，并将其作为第一离散过程的初速度V_i，从而计算出第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o。

S250、将第一离散过程的末速度V_o作为第三离散过程的初速度V_i，第三离散过程为第一离散过程的后一个离散过程。

具体的，第三离散过程为第一离散过程的后一个离散过程，将第一离散过程的末速度V_o作为第三离散过程的初速度V_i，计算出第三离散过程的末速度V_o和位置增量P_o。

本实施例的技术方案，通过将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程，然后确定多个离散过程中的任意一个离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，最后根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定任意一个离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，并将上一个离散过程的末速度作为下一个离散过程的初速度，实现了对伺服驱动器的所有离散过程的位置和/或速度的精确仿真，从而实现了伺服驱动器的位置和/或速度的精确仿真。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种伺服驱动器的仿真装置的结构示意图。该装置可适用于工业机器人以及精密机床中的伺服驱动器的仿真的情况，其中，该装置可以由软件和/或硬件实现。参考图4，该装置包括：连续驱动过程离散模块310、加速时间确定模块320、匀速时间确定模块330、加速时间、匀速时间与离散过程时间关系比较模块340、末速度确定模块350以及位置增量确定模块360。

其中，连续驱动过程离散模块310：用于将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

加速时间t₁确定模块320：用于确定每一个离散过程的加速时间；

匀速时间t₂确定模块330：用于确定每一个离散过程的匀速时间；

加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt关系比较模块340：用于比较加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系；

末速度V_o确定模块350：用于确定末速度V_o的值；

位置增量P_o确定模块360：用于确定位置增量P_o的值。

在本实施例中，该装置首先通过连续驱动过程离散模块310将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程，然后分别利用加速时间t₁确定模块320 和匀速时间t₂确定模块330确定任意离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，最后末速度V_o确定模块350和位置增量P_o确定模块360通过加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt关系比较模块340确定的加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定该离散过程的末速度V_o和位置增量P_o。

其中，得到第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o值后，还需要通过末速度传输单元，将第一离散过程的末速度V_o传输给第三离散过程，并将其作为第三离散过程的初速度V_i，并计算得到第三离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，以此循环，可以得到每一个离散过程的末速度V_o和位置增量P_o。其中，第一离散过程为多个离散过程中的任意一个离散过程，第三离散过程为第一离散过程的下一个离散过程。

本发明实施例三所提供的一种伺服驱动器的仿真装置可执行本发明任意实施例所提供的伺服驱动器的仿真方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的一种伺服驱动器的仿真设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器40为例；设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的伺服驱动器的仿真方法对应的程序指令/模块(例如：连续驱动过程离散模块310、加速时间确定模块320、匀速时间确定模块330、加速时间、匀速时间与离散过程时间关系比较模块340、末速度确定模块350以及位置增量确定模块360)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备/终端/服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的伺服驱动器的仿真方法。

存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如：至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备/终端/服务器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与智能设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。

本实施例提供的一种伺服驱动器的仿真设备可用于执行上述任意实施例提供的伺服驱动器的仿真方法，具备相应的功能和有益效果。

实施例五

本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种伺服驱动器的仿真方法，该方法包括：

将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

确定第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，第一离散过程为多个离散过程的任意一个离散过程；

根据加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，离散过程时间为第一离散过程的时间。

当然，本发明实施例五所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的伺服驱动器的仿真方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器 (Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种伺服驱动器的仿真方法，其特征在于，包括：

将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

确定第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，所述第一离散过程为所述多个离散过程的任意一个离散过程；

根据所述加速时间t₁、所述匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，所述离散过程时间为所述第一离散过程的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一离散过程的加速时间t₁和匀速时间t₂，包括：

根据所述第一离散过程的初速度V_i、目标速度V_t和加速度信息a确定加速时间t₁；

根据所述第一离散过程的目标位置P_t、所述初速度V_i、所述目标速度V_t、加速度信息a确定匀速时间t₂。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述第一离散过程的初速度V_i、目标速度V_t和加速度信息a确定加速时间t₁之前，还包括：

若所述目标速度V_t大于所述初速度V_i，则将加速度参数a_a确定为加速度信息a；

若所述目标速度V_t小于所述初速度V_i，则将减速度参数a_d确定为加速度信息a。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在根据所述第一离散过程的目标位置P_t、所述初速度V_i、所述目标速度V_t、加速度信息a确定匀速时间t₂之后，还包括：

若匀速时间t₂小于零，则根据所述目标位置P_t、所述初速度V_i和所述加速度信息a确定加速时间t₁；

设置匀速时间t₂为零。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速时间t₁、所述匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，包括：

当离散过程时间Δt小于所述加速时间t₁时，根据初速度V_i、加速度信息a和所述离散过程时间Δt，确定末速度V_o；

根据所述末速度、所述初速度V_i和所述加速度信息a确定位置增量P_o。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速时间t₁、所述匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，包括：

当所述离散过程时间Δt大于所述加速时间t₁，且所述离散过程时间Δt小于所述加速时间t₁和所述匀速时间t₂的和时，根据初速度V_i、加速度信息a和所述加速时间t₁确定末速度V_o；

根据所述末速度V_o、所述加速度信息a、所述初速度V_i、所述离散过程时间Δt和所述加速时间t₁确定位置增量P_o。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速时间t₁、所述匀速时间t₂与离散过程时间Δt的关系确定第一离散过程的末速度V_o和位置增量P_o，包括：

当所述离散过程时间Δt大于所述加速时间t₁和所述匀速时间t₂的和时，根据初速度V_i、加速度信息a、所述离散过程时间Δt、所述加速时间t₁和所述匀速时间t₂确定位置增量P_o。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程之后，还包括：

将第二离散过程的末速度V_o作为所述第一离散过程的初速度V_i，所述第二离散过程为所述第一离散过程的前一个离散过程；

将所述第一离散过程的末速度V_o作为第三离散过程的初速度V_i，所述第三离散过程为所述第一离散过程的后一个离散过程。

9.一种伺服驱动器的仿真装置，其特征在于，包括：

连续驱动过程离散模块：用于将伺服驱动器的连续驱动过程离散为多个离散过程；

加速时间t₁确定模块：用于确定每一个离散过程的加速时间；

匀速时间t₂确定模块：用于确定每一个离散过程的匀速时间；

加速时间t₁、匀速时间t₂与离散过程时间Δt关系比较模块：用于比较所述加速时间t₁、所述匀速时间t₂与所述离散过程时间Δt的关系；

末速度V_o确定模块：用于确定末速度V_o的值；

位置增量P_o确定模块：用于确定位置增量P_o的值。

10.一种伺服驱动器仿真设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的伺服驱动器的仿真方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的伺服驱动器的仿真方法。