[發(fā)明專利]一種基于MCU的電機(jī)速度伺服系統(tǒng)半仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110462835.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN113111535B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管力明;陳德傳;丁禹心
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于MCU的電機(jī)速度伺服系統(tǒng)半仿真方法，其特征在于,用MCU硬件主板的輸入/輸出信號(hào)接口與實(shí)際速度伺服系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)接口兼容，用于模擬速度伺服系統(tǒng)的MCU硬件主板具有如下輸入輸出接口和速度模擬信號(hào)指令輸入調(diào)理單元、實(shí)際速度模擬信號(hào)輸出調(diào)理單元,用內(nèi)置于MCU中反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的計(jì)算方法及軟件來模擬實(shí)際速度伺服系統(tǒng)的內(nèi)部工作過程，具體包括如下步驟：

1-1.三個(gè)模擬量A/D轉(zhuǎn)換輸入口，A/D1、A/D2、A/D3；

A/D1輸入：u_J＝k_JJ∈[0，V_ref]，其中u_j為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量信號(hào)，J為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,J∈[0,J_m]，k_j為慣量系數(shù)，k_J＝V_ref/J_m，V_ref為A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓；

A/D2輸入：u_L＝k_LT_L∈[0，V_ref]，其中u_L為系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T_L∈[0,T_Lm]，k_L為轉(zhuǎn)矩系數(shù),k_L＝V_ref/T_Lm；

為來自上級(jí)系統(tǒng)的速度模擬量指令信號(hào)；

為及經(jīng)速度模擬信號(hào)指令輸入調(diào)理單元輸出到A/D3口的速度指令調(diào)理信號(hào)，作為模擬量速度伺服系統(tǒng)的運(yùn)行速度指令；

與的關(guān)系如下：對(duì)應(yīng)于其中的分別為n^*的最大值，而n^*為速度指令，α為速度系數(shù)；

1-2.一個(gè)脈沖量輸入口PI1和一個(gè)數(shù)字量輸入口DI1；

PI1輸入：作為數(shù)字伺服系統(tǒng)的速度指令信號(hào)的脈沖頻率指令

DI1輸入：與配合的運(yùn)動(dòng)方向指令DIR，其中γ為頻率系數(shù)

1-3.一個(gè)模擬量轉(zhuǎn)換輸出口D/A1；

D/A1輸出：u_n0，u_n0∈[0，V_ref]，u_n0再經(jīng)實(shí)際速度模擬信號(hào)輸出調(diào)理單元后輸出的實(shí)際速度模擬量信號(hào)u_n為：n為實(shí)際速度，

1-4.三個(gè)脈沖量輸出口，PO1、PO2、PO3；

PO1、PO2輸出：實(shí)際系統(tǒng)中增量式光電編碼器PG的兩路正交脈沖PG-A信號(hào)、PG-B信號(hào)，每轉(zhuǎn)輸出N個(gè)脈沖，其脈沖頻率f_n＝Nn/60，

PO3輸出：每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)脈沖的標(biāo)志脈沖信號(hào)PG-Z信號(hào)；

2-1.由A/D1口讀取系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量信號(hào)u_J＝k_JJ∈[0，V_ref]，采樣周期為τ_s,經(jīng)時(shí)間常數(shù)為τ₀的一階慣性濾波后計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

2-2.由A/D2口讀取系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)u_L＝k_LT_L∈[0，V_ref]，采樣周期為τ_s,經(jīng)時(shí)間常數(shù)為τ₀的一階慣性濾波后計(jì)算系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：

3-1.當(dāng)運(yùn)行于模擬量指令時(shí)，由A/D1口讀取系統(tǒng)模擬量速度指令調(diào)理信號(hào)采用周期為τ_s,經(jīng)時(shí)間常數(shù)為τ₀的一階慣性濾波后計(jì)算：進(jìn)而計(jì)算系統(tǒng)速度指令

3-2.當(dāng)運(yùn)行于脈沖量指令時(shí)，由PI1口讀取系統(tǒng)脈沖量速度指令、DI1口讀取運(yùn)動(dòng)方向指令，計(jì)算實(shí)際的速度指令信號(hào)及其運(yùn)動(dòng)方向：

4.計(jì)算電機(jī)速度伺服系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)速度：設(shè)：負(fù)載為恒慣量或緩變慣量負(fù)載，在一個(gè)采樣周期內(nèi)J(k)≈J(k-1)，并設(shè)：允許相對(duì)靜差為δ，并考慮抗負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)作用，則：

在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載條件下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)T_L(k)＝T_L(k-1)，則：n(∞)＝n^*(∞)；

5.計(jì)算系統(tǒng)輸出的速度模擬量信號(hào)u_n0(k)∈[0，V_ref]：經(jīng)實(shí)際速度模擬信號(hào)輸出調(diào)理單元后輸出的實(shí)際速度模擬量信號(hào)u_n∈[-u_nm，+u_nm]：

6.計(jì)算系統(tǒng)輸出速度的增量式光電編碼器輸出脈沖量頻率f_n(k)、方向DIR信號(hào)，其中PG-A、PG-B為正交脈沖信號(hào)，發(fā)出脈沖波形：

其中，PG-A、PG-B兩路正交脈沖信號(hào)的頻率為f_n(k)，占空比為1:1，相互間的超前滯后關(guān)系取決于實(shí)際速度n(k)的極性，而PG-Z為每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)標(biāo)志脈沖，其頻率為f_n(k)/N，脈沖寬度為0.5/f_n(k)。