CN111752222A - 一种多规格可调伺服驱动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多规格可调伺服驱动器及其控制方法，该伺服驱动器包括主控模块和参数整定模块；所述主控模块，用于发送、接收指令信号并对指令信号数据进行处理、发送处理结果；所述参数整定模块，用于将采样信号发送给所述主控模块进行处理，并接收所述主控模块反馈的参数调整信号优化输出参数值。采用本发明，通过参数整合，能够使得驱动器以软硬件结合的方式在运行过程中将重要的元器件自动调整到最优参数状态；另外，对于不同的场合，可以自主调节出内部关键元件适配的参数来调整驱动器的规格，进而使得驱动器在多场合应用时都以最优的状态运行。

Description

一种多规格可调伺服驱动器及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术，尤其涉及一种多规格可调伺服驱动器及其控制方法。

背景技术

伺服驱动器(Servo Drives)又称“伺服控制器”，是用来控制伺服电机的一种控制器。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，以实现高精度的传动***定位，目前是传动技术的高端产品。

随着全球工业自动化程度的不断提高，自动化设备已经和人们的生活息息相关。在自动化设备中，驱动器已是必不可少的一部分，比如工业机器人、数控加工中心等这类高精度的设备对于驱动器性能的要求显得非常高。

在伺服驱动器的设计中，电源的设计尤为重要，电源是自动化设备供电的根本，在电源板的开发中，对于不同场合的运用，其某些元器件的参数取值往往会有不同，这导致了伺服驱动器不能得到最佳的利用。

但是，目前市面上伺服驱动器的参数大多数是固定的，致使伺服驱动器在使用中受到很大的限制；而且，现有伺服驱动器的元件调整方式，大多过于简易，只能得到一个大概的区间，不能够精确的得到最佳的参数值。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多规格可调伺服驱动器及其控制方法，通过参数的整合，使得驱动器以软硬件结合的方式在运行过程中将重要的元器件自动调整到最优参数状态；另外，对于不同的场合，可以自主调节出内部关键元件适配的参数来调整驱动器的规格，进而使得驱动器在多场合应用时都以最优的状态运行。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多规格可调伺服驱动器，该伺服驱动器包括主控模块和参数整定模块；

所述主控模块，用于发送、接收指令信号并对指令信号数据进行处理、发送处理结果；

所述参数整定模块，用于将采样信号发送给所述主控模块进行处理，并接收所述主控模块反馈的参数调整信号以优化输出参数值。

其中：所述伺服驱动器还包括信号转换模块，用于用于连接主控模块和参数整定模块，进行两者之间信号的转换和传送。

所述参数整定模块，还包括增益调整模块，其进一步包括采样转换模块和参数优化模块；所述采样转换模块，用于将采样信号转换成主控模块可接收的信号；所述参数优化模块，用于根据主控模块反馈的参数调整信号优化输出参数值。

所述参数整定模块，还包括参数输出模块，用于根据经所述增益调整模块采样反馈和优化后的输出参数值，调整输出改变所述伺服驱动器的规格参数。

所述参数值为电阻值、电容值、电感值中的至少一种；所述驱动器的规格参数为额定电压值、最大电压值、额定电流值、最大电流值中的至少一种。

一种多规格可调伺服驱动器的控制方法，包括如下步骤：

A、由主控模块确定需要选择的参数类型，并确定该参数的最大区间取值范围；

B、在所述区间取值范围内选取参数进行反馈，并根据参数整定模块向所述主控模块采样、反馈的结果进行区间最小值调整或区间最大值调整。

其中：步骤B之后还包括：

C、利用参数值选取算法不断缩小区间调整范围，确定最优的参数值的步骤。

其中：所述利用参数值选取算法不断缩小区间调整范围，确定最优的参数值的过程，包括：

C1、通过主控模块设置参数值初始区间[a，b]，并设置精度值e；

C2、在所述初始调整区间内选取参数c和参数d，即在该区间内选取两个点c、d，其中c<d；将所述两个点c、d分别对应的采样信号反馈到主控模块；

C3、对所述两个点c、d处的伺服驱动器性能进行比较，若c处性能优于d处，则令b＝d，得到一个更小的区间[a，b]，然后进一步判断是否|b-a| ≤e；若是，则将a、b两者的平均值作为最终选取的参数值。

进一步地，所述步骤C3还包括：

C4、若c处性能劣于d处，则存在a＝c，然后进一步判断是否|b-a|≤e；若否，则更新调整区间[a,b]，返回执行步骤C2～C3，直至满足精度要求为止。

较佳地，步骤C之后还包括：

D、将通过主控模块发出的指令信号经过信号转换模块，根据占空比不同，将PWM信号转换为多路数字信号，并将所述多路数字信号作用于开关控制电阻、电容、电感的开关组合，以控制所述开关的导通或关断，从而实现调整伺服驱动器输出的规格参数的作用。

本发明的多规格可调伺服驱动器及其控制方法，具有如下有益效果：

采用本发明的多规格伺服驱动器及其控制方法，能够通过参数的整合，以软硬件结合的方式选取当前场合最优的参数值，进而使得驱动器以最好的性能运行，使得一台驱动器应用的场所更加广泛，且使得驱动器在每个场所都能以最优的模式运行。

附图说明

图1为本发明实施例的多规格可调伺服驱动器架构示意图；

图2为本发明实施例的多规格可调伺服驱动器的信号传递示意图；

图3为本发明实施例的伺服驱动器参数选择工作流程示意图；

图4为本发明实施例的伺服驱动器参数值选取的计算方法流程图；

图5为本发明实施例的伺服驱动器的参数整定模块的内部电路示意图；

图6为本发明实施例的伺服驱动器的整体内部原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的多规格可调伺服驱动器架构示意图。

如图1所示，该多规格可调伺服驱动器，包括参数整定模块、主控模块和信号转换模块。其中：

所述主控模块，用于发送、接收指令信号并对指令信号数据进行处理。

在本发明实施例中，所述主控模块，可以是主控芯片，例如，可采用 STM32H750芯片、TMS320F2812、TMS320F28377芯片，以数字信号处理器(DSP) +现场可编程门阵列(FPGA)的方式实现，或以微控制单元(MCU)芯片+FPGA 的方式实现。

所述参数整定模块，用于输出特定的参数值。

在本实施例中，所述参数整定模块，包括增益调整模块和参数输出模块。所述增益调整模块，进一步包括采样转换模块和参数优化模块；其中，所述采样转换模块，用于将采样信号转换成主控模块可接收的信号；所述参数优化模块，用于根据主控模块反馈的参数调整信号优化输出参数值。

在本实施例中，所述参数输出模块，用于根据经增益调整模块采样反馈和优化后的输出参数值，调整输出改变所述伺服驱动器的规格参数。

这里，所述的参数值，包括但不限于电阻、电容、电感值。所述驱动器的规格参数，包括但不限于额定电压、最大电压、额定电流、最大电流等数值。

所述信号转换模块，用于主控模块和参数整定模块之间进行信号的转换和传送。所述信号转换模块，具体可以是输入输出(I/O)连接模块。

图2为本发明实施例多规格可调的伺服驱动器的信号传递示意图。

如图2所示，该伺服驱动器的参数整定模块，将采样信号经转换后传送给主控模块，经主控模块处理后向参数整定模块发送区间最小值调整信号、区间最大值调整信号或区间内参数调整信号，以此调整信号优化输出参数值，改变所述伺服驱动器的规格参数。

图3为本发明实施例的伺服驱动器参数选择工作流程示意图。

如图3所示，该伺服驱动器的参数选择过程，包括如下步骤：

首先，由主控模块确定需要选择的参数类型。

在本实施例中，所述的参数类型，具体为电阻、电容、电感。所述主控模块，可以是主控芯片。

其次，确定该参数的最大区间选取范围。

在本实施例中，所述参数的最大区间选取范围，具体为选择一个电阻值、电容值或电感值的从最小值到最大值的区间取值范围。

然后，再在该区间取值范围内选取参数进行反馈；并根据参数整定模块向主控模块发送采样、反馈的结果进行区间最小值调整或区间最大值调整。

在本实施例中，所述参数整定模块向主控模块发送到采样、反馈结果，具体是通过增益调整模块的采样转换模块实现的。

最后，利用参数值选取算法不断的缩小区间调整范围，最终确定最优的参数值。详细过程请参见图4。

图4为本发明实施例的伺服驱动器参数值选取的计算方法流程图。

如图4所示，所述伺服驱动器参数值选取的计算过程，包括如下步骤：

步骤41：通过主控模块设置参数值初始区间[a，b]，并设置精度值e 的步骤。

本实施例中，所述的初始区间，即该参数调整的取值范围，也就是最小值a、最大值b。其数值由内部电路决定，精度值e可根据应用场合进行预设，对于精度要求较低的场合，可设置较低的精度值；对于精度要求高的场合，如应用在工业机器人方面，则需要设置一个很高的精度值。这里，精度越低，则调整速度越快，反之越慢。

步骤42：在所述初始调整区间内选取参数c和参数d，即在该区间内选取两个取值点c、d(其中c<d)，将所述两个取值点c、d分别对应的采样信号反馈到主控模块。

步骤43：对所述两个取值点c、d处的伺服驱动器性能进行比较，若c 处性能更好一些，则必定在c处附近有一个点更优于c处的性能，且该点必定在区间[a，d]内，因此，令b＝d，此时得到一个更小的区间[a，b]，然后进一步判断是否|b-a|≤e；若是，则满足精度要求，此时将a，b两者的平均值作为最终选取的参数值。若c处性能劣于d处，则存在a＝c，然后进一步判断是否|b-a|≤e；若否，则更新调整区间[a,b]，返回步骤42，直至满足精度要求为止。

需要说明的是，本发明的上述方法，只适用于连续函数，对于非连续函数不适用。对于非线性函数，其每存在一个极值都会对应增加一个最佳取值点，因此，采样本发明的方法只能找出其中某一个点。

图5为本发明实施例的伺服驱动器的参数整定模块的内部电路示意图。

如图5所示，该参数整定模块的内部电路中，包括增益调整模块。

在本实施例中，所述增益调整模块，具体包括电阻增益模块、电容增益模块和电感增益模块。所述电阻增益模块、电容增益模块、电感增益模块分别与所述主控模块相连。

本实施例中，所述电阻增益模块，进一步包括第一脉冲宽度调制(PWM) 信号转换模块和对应的第一参数优化模块；所述电容增益模块进一步包括第二PWM信号转换模块和对应的第二参数优化模块；所述电感增益模块进一步包括第三PWM信号转换模块和对应的第三参数优化模块。

上述的第一PWM信号转换模块、第二PWM信号转换模块、第三PWM信号转换模块，可以将PWM信号分别转换成对应占空比的电压信号进行输出。

上述的第一参数优化模块、第二参数优化模块、第三参数优化模块，内部集成了多个基础元件，可通过不同的电阻、电容、电感的开关组合(参考图6)将对应的电压转换成一个对应的规格参数值进行输出。

图6为本发明实施例的伺服驱动器的整体内部原理示意图。

如图6所示，该伺服驱动器的整体电路内部，上述的第一参数优化模块、第二参数优化模块、第三参数优化模块内，均集成有多个基础元件，分别包括由电阻的开关组合、电容的开关组合、电感的开关组合各自构成的电阻输出模块、电容输出模块、电感输出模块。

通过主控模块发出的指令信号经过信号转换模块的转换作用，根据占空比不同，将各路的PWM信号分别转换为多路数字信号，通过将所述数字信号作用于开关控制所述电阻、电容、电感的开关组合，就可以控制所述开关的导通或关断，从而实现调整伺服驱动器输出的规格参数的作用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多规格可调伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器包括主控模块和参数整定模块；

所述主控模块，用于接收指令信号并对指令信号数据进行处理、发送处理结果；

所述参数整定模块，用于将采样信号发送给所述主控模块进行处理，并接收所述主控模块反馈的参数调整信号以优化输出参数值。

2.根据权利要求1所述的多规格可调伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器还包括信号转换模块，用于连接主控模块和参数整定模块进行两者之间信号的转换和传送。

3.根据权利要求1所述的多规格可调伺服驱动器，其特征在于，所述参数整定模块，还包括增益调整模块，所述增益模块包括采样转换模块和参数优化模块；所述采样转换模块，用于将采样信号转换成主控模块可接收的信号；所述参数优化模块，用于根据主控模块反馈的参数调整信号优化输出参数值。

4.根据权利要求3所述的多规格可调伺服驱动器，其特征在于，所述参数整定模块，还包括参数输出模块，用于根据经所述增益调整模块采样反馈和优化后的输出参数值，调整输出改变所述伺服驱动器的规格参数。

5.根据权利要求4所述的多规格可调伺服驱动器，其特征在于，所述参数值为电阻值、电容值、电感值中的至少一种；所述驱动器的规格参数为额定电压值、最大电压值、额定电流值、最大电流值中的至少一种。

6.一种多规格可调伺服驱动器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、由主控模块确定需要选择的参数类型，并确定该参数的最大区间取值范围；

B、在所述区间取值范围内选取参数进行反馈，并根据参数整定模块向所述主控模块采样、反馈的结果进行区间最小值调整或区间最大值调整。

7.根据权利要求6所述的多规格可调伺服驱动器的控制方法，其特征在于，步骤B之后还包括：

C、利用参数值选取算法不断缩小区间调整范围，确定最优的参数值的步骤。

8.根据权利要求7所述的多规格可调伺服驱动器的控制方法，其特征在于，所述利用参数值选取算法不断缩小区间调整范围，确定最优的参数值的过程，包括：

C1、通过主控模块设置参数值初始区间[a，b]，并设置精度值e；

C2、在所述初始调整区间内选取参数c和参数d，即在该区间内选取两个点c、d，其中c<d；将所述两个点c、d分别对应的采样信号反馈到主控模块；

C3、对所述两个点c、d处的伺服驱动器性能进行比较，若c处性能优于d处，则令b＝d，得到一个更小的区间[a，b]，然后进一步判断是否|b-a|≤e；若是，则将a、b两者的平均值作为最终选取的参数值。

9.根据权利要求8所述的多规格可调伺服驱动器的控制方法，其特征在于，所述步骤C3还包括：

C4、若c处性能劣于d处，则存在a＝c，然后进一步判断是否|b-a|≤e；若否，则更新调整区间[a,b]，返回执行步骤C2～C3，直至满足精度要求为止。

10.根据权利要求7所述的多规格可调伺服驱动器的控制方法，其特征在于，步骤C之后还包括：

D、将通过主控模块发出的指令信号经过信号转换模块，根据占空比不同，将PWM信号转换为多路数字信号，并将所述多路数字信号作用于开关控制电阻、电容、电感的开关组合，以控制所述开关的导通或关断，从而实现调整伺服驱动器输出的规格参数的作用。

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