[發明專利]一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制系統及方法

有效

• 申請號: 201310467744.X
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103499985A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 韓維強;孫威;陳為;魏紅艷;張海波;石秀梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05D13/62
• 分類號: G05D13/62
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

1.一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制系統，其特征在于，所述閉環控制系統包括：工控機、D/A驅動卡、放大電路、伺服電機驅動部件、機框、位置編碼器、計數卡、平滑驅動代碼單元、用戶界面、伺服電機、運動副和負載單元，其中：

平滑驅動代碼單元運行于工控機中；

工控機中所安裝有述D/A驅動卡、計數卡、平滑驅動代碼單元和用戶界面；

機框用來承載伺服電機驅動部件、位置編碼器；

位置編碼器與負載單元相連，用來指示負載單元的運動位置；

平滑驅動代碼單元的輸入端分別連接用戶界面的輸出端和計數卡的輸出端連接；

D/A驅動卡的輸入端與平滑驅動代碼單元的輸出端連接；

放大電路的輸入端與D/A驅動卡的輸出端連接；所述的放大電路將D/A驅動卡輸出的電壓信號進行功率放大，用于對伺服電機驅動部件中的伺服電機進行驅動；

伺服電機驅動部件的輸入端與放大電路的輸出端連接；

機框的輸入端與伺服電機驅動部件的輸出端連接；

負載單元的輸入端連接機框的輸出端和伺服電機驅動部件中運動副的輸出端；

位置編碼器的輸入端與負載單元的輸出端剛性連接；

工控機中計數卡的輸入端與位置編碼器的輸出端連接。

2.根據權利要求1所述的閉環控制系統，其特征在于，所述伺服電機驅動部件由伺服電機和運動副構成，運動副與負載單元連接，運動副帶動負載單元運動。

3.根據權利要求1所述的閉環控制系統，其特征在于，所述平滑驅動代碼單元從用戶界面獲得目標值和到位誤差，并使目標差小于到位誤差時結束對伺服電機的驅動。

4.根據權利要求1所述的閉環控制系統，其特征在于，通過所述用戶界面輸入目標值和到位誤差，平滑驅動代碼單元從用戶界面獲得目標值和到位誤差，進入驅動控制循環：由位置編碼器獲取負載單元的位置，并傳遞給工控機的計數卡，平滑驅動代碼單元從工控機的操作系統讀取編碼器值，判斷目標差是否小于到位誤差，小于到位誤差就退出循環結束驅動過程，否則執行以下操作：通過D/A驅動卡將數字格式的速度函數轉換成實際的驅動電壓；驅動電壓經過放大電路對伺服電機驅動部件進行驅動，使伺服電機帶動運動副，運動副帶動機框上的負載單元運動，負載單元的位置直接反映給位置編碼器，進入上述判斷環節，直到目標差是否小于到位誤差結束對伺服電機的驅動過程。

5.一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制方法，其特征在于：利用由工控機、D/A驅動卡、放大電路、伺服電機驅動部件、機框、位置編碼器、計數卡、平滑驅動代碼單元、用戶界面、伺服電機、運動副和負載單元組成的平滑驅動伺服電動機的閉環控制系統來平滑驅動伺服電動機的步驟包括：

步驟A：通過組合調整運動系統的速度函數的系數的確定由伺服電機、位置編碼器、機框和負載單元構成的運動系統的速度函數；

步驟B：運動系統的速度函數對應目標差在行程的前半段(r＞d≥r/2)和后半段(0＜d＜r/2)分別對應伺服電機的加速過程和減速過程；

步驟C：利用速度函數f(d)生成平滑驅動代碼單元并運行于工控機中，所述速度函數f(d)的表現形式為：

其中：D_k為速度升程系數，U_k為速度降程系數，r為伺服電機要運動的行程，d為目標差，d_c為初速度系數，u_i為目標差d在行程r的后半段(0＜d≤r/2)的情況時的冪指數、d_i為目標差d在行程r的前半段(r/2＜d≤r)的情況時的冪指數。