[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

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，涉及一種一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制系統及方法，控制電機快速平滑到位的方法，應用在快速掃描測量及運動過程中需要多次停頓進行圖像獲取或零部件抓取等場合。?

背景技術

在伺服電機驅動部件和編碼器構成的閉環控制系統中，總是存在要求電機由當前位置運動到某一目標位置(位置由編碼器指示)的情況。比較簡單的做法是啟動電機，接下來不斷比較編碼器當前示值與目標位置的差異(為方便起見此差異本文定義為目標差d)，以決定加速、減速或是停止，速度往往是一系列的常數，這種做法雖然簡單，但不能充分利用控制系統的各種信息。再有就是PID控制算法，這種算法有其優點而應用比較廣泛，不足是PID控制往往會在接近目標位置的情況出現振蕩，積分和微分環節帶來大的計算量，積分環節會降低響應速度。?

發明內容

為了解決的技術問題，本發明的目的是提供一種快速平滑驅動電機的方法，在不斷接近目標位置的過程中用合適的速度匹配不同階段，也就是確定一個目標差與速度之間的函數，并通過調整函數的系數得出最適合特定系統的速度函數，能夠解決快速且平滑驅動的問題。?

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：?

本發明的第一方面，提供一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制系統，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。?

本發明的第二方面，提供一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制方法，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。?

本發明的第三方面，提供一種快速平滑驅動伺服電動機的閉環控制方法，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平滑驅動伺服電動機的步驟包括：?

步驟S1：通過用戶界面輸入目標值T到位誤差；?

步驟S2：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；?

步驟S3：計算負載單元要運動的行程r＝|T-E_c|，其中T為目標值，編碼器值E_c；?

步驟S4：進入驅動控制循環步驟S4到S14，重新獲取編碼器值；?

步驟S5：計算目標差；?