[發明專利]一種用于角度位置與速度調節的電機控制方法與系統

有效

• 申請號: 202110054304.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112965366B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 湯廷孝
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 龍洋

本發明公開了一種用于角度位置與速度調節的電機控制方法與系統，涉及電機領域，具體包括步驟：獲取無刷舵機當前的控制模式，并根據控制信號獲取無刷舵機需要切換的控制模式；獲取當前控制模式下的第一輸出量；獲取切換后控制模式下的第二輸出量，根據第一輸出量利用平均增減補償法對預設周期內各周期的第二輸出量進行逐次補償，并獲得補償輸出量；根據補償輸出量驅動無刷舵機使舵面到達目標位置或目標角度。本發明通過在位置模式和速度模式切換時，對輸出量進行平均增減補償，避免無刷舵機以自抗擾控制模式為控制模式時，位置模式與速度模式相互切換時其輸出量突變導致的舵機抖動。

技術領域

本發明涉及電機領域，具體涉及一種角度位置與速度調節的電機控制方法與系統。

背景技術

舵機是一種操縱舵面(或操縱面)轉動的一種執行部件，主要由控制器、驅動電機、減速器、檢測元件和機械外殼構成。其工作原理是控制器接收給定的目標位置信號，驅動控制電機運轉，帶動減速器，將舵面擺動到目標角度，并保持在此位置。目前舵機中使用的電機主要為有刷電機、無刷電機。

隨著機器人、無人機技術的發展，對于舵機的要求也逐漸提高，需要舵機實現高控制精度、響應性能，同時舵機的使用壽命要久且需要降低其整體的體積和重量。而舵機的功能也需要拓展，特別是需要能夠進行角度控制和速度控制以及這兩種模式的動態切換，即可以在進行角度位置控制時，切換為速度控制，在進行速度控制時，切換為角度位置控制，使機器人、無人機的運動控制更加豐富、靈活，同時切換過程中要滿足平穩的要求。現有技術中雖然已實現了舵機的角度控制和速度控制，但在進行切換時，還是容易造成輸出功率突變，從而造成舵機的抖動，容易引發安全事故。

發明內容

為解決上述問題，使得舵機在速度模式和位置模式之間切換時能夠平穩的對輸出功率進行過渡，避免抖動的發生，本發明提出了一種用于角度位置與速度調節的電機控制方法，無刷舵機以自抗擾控制模式運轉，并根據控制信號對輸出量進行調控，根據輸出量驅動無刷舵機使舵面到達目標位置或目標角度，具體包括步驟：

S1：獲取無刷舵機當前的控制模式，并根據控制信號獲取無刷舵機需要切換的控制模式，所述控制模式包括位置模式和速度模式；

S2：判斷需要切換的控制模式與當前的控制模式是否一致，若否，獲取當前控制模式下的第一輸出量，切換控制模式并進入下一步驟，否則，返回步驟S1；

S3：獲取切換后控制模式下的第二輸出量，根據第一輸出量利用平均增減補償法對預設周期內各周期的第二輸出量進行逐次補償，并獲得補償輸出量；

S4：根據補償輸出量驅動無刷舵機使舵面到達目標位置或目標角度。

進一步地，所述步驟S3中，平均增減補償法的公式表達式為：

I_R(n+1)＝I_B(n)+I_A(n)×(1-1/k)；n＝n+1；

式中，I_R(n+1)為補償輸出量,I_A(n)為第一輸出量，I_B(n)為第二輸出量，k為預設周期的周期數；n為隨周期數增加而增加的常數，n的初始值為1。

進一步地，當控制模式由位置模式切換為速度模式時，所述周期為速度環周期；當控制模式由速度模式切換為位置模式時，所述周期為位置環周期。

進一步地，所述控制信號中還包括實時轉速信號或實時位置信號，所述第一輸出量和第二輸出量，

在位置模式下，是利用三階擴張狀態觀測器和比例控制器根據舵機的實時位置信號，通過自抗擾控制獲得的；

在速度模式下，是利用三階擴張狀態觀測器和比例控制器根據無刷舵機的實時速度信號，通過自抗擾控制獲得的。

進一步地，所述自抗擾公式組的表達式為：