CN101877567A - 马达速度命令产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种马达速度命令产生装置，包括插补器、前馈补偿器、位置测量器、位置控制器及第一、第二运算器，插补器接收一马达的一第一位置命令，并对第一位置命令进行插补处理后输出一二阶连续的第二位置命令，位置测量器测量马达当前的位置值，第一运算器对第一位置命令与马达当前的位置值进行相减运算后输出一位置差值，位置控制器根据位置差值产生一第一速度命令，前馈补偿器对第二位置命令进行运算以产生一补偿速度，第二运算器对第一速度命令及补偿速度进行相加运算后输出一第二速度命令，用以控制马达的工作状态。本发明还揭露了一种马达速度命令产生方法，所述马达速度命令产生装置及方法避免了马达的急冲。

Description

马达速度命令产生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置，特别涉及一种马达速度命令产生装置及方法。

背景技术

在马达控制领域，通常使用一马达位置回授装置，以将马达当前的位置值回馈至马达控制回路中，所述马达控制系统将位置命令与所述位置回授装置所回馈的位置值进行运算后产生一位置差，即位置命令与马达当前位置之差，并根据所述位置差及位置命令得到一速度命令，从而实时地对马达进行控制，使马达以一适当的速度运转。然而当所述位置命令不连续时，会使得所述速度命令也不连续，由此造成马达的急冲现象，即急剧的加速或减速。目前一般使用低通滤波器来过滤造成马达急冲现象的速度命令，然而低通滤波器所带来的相位延迟会造成马达控制系统的不稳定。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一马达速度命令产生装置，可消除马达的急冲现象。

一种马达速度命令产生装置，包括一插补器、一前馈补偿器、一位置测量器、一位置控制器、一第一运算器及一第二运算器，所述插补器用于接收一马达的一第一位置命令，并对所述第一位置命令进行插补处理后输出一个二阶连续的第二位置命令，所述位置测量器用于测量所述马达当前的位置值，所述第一运算器用于对所述第一位置命令与所述马达当前的位置值进行相减运算后输出一位置差值，所述位置控制器用于接收所述位置差值，并根据所述位置差值产生一第一速度命令，所述前馈补偿器用于对所述第二位置命令进行运算以产生一补偿速度，所述第二运算器用于对所述第一速度命令及所述补偿速度进行相加运算后输出一第二速度命令，用以控制所述马达的工作状态。

一种马达速度命令产生方法，包括以下步骤：

一插补器对一马达的一第一位置命令进行插补处理后输出一个二阶连续的第二位置命令；

一位置测量器测量所述马达当前的位置值；

一第一运算器对所述第二位置命令与所述马达当前的位置值进行相减运算以输出一位置差值；

一位置控制器根据所述位置差值产生一第一速度命令；

一前馈补偿器对所述第二位置命令进行运算以产生一补偿速度；及

一第二运算器对所述第一速度命令及所述补偿速度进行相加运算后输出一第二速度命令来控制所述马达的工作状态。

所述马达速度命令产生装置及方法通过所述插补器对所述第一位置命令进行插补处理后输出所述连续的第二位置命令，进而可使所述第二速度命令保持连续，避免了所述马达的急冲现象。

附图说明

图1为本发明马达速度命令产生装置的较佳实施方式连接于一马达控制回路中的模块图。

图2为图1中马达速度命令产生装置的模块图。

图3为图2中前馈补偿器的模块图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述。

请参照图1，本发明马达速度命令产生装置10连接于一马达控制回路1中，所述马达控制回路1包括所述马达速度命令产生装置10，还包括一速度测量器20、一速度控制器30、一电流测量器40、一电流控制器50、一PWM控制器60、一变频器70及一马达80。所述马达控制回路1用于控制所述马达80的工作状态。

所述马达速度命令产生装置10用于接收一位置命令P1_ref，并根据所述位置命令P1_ref产生一速度命令ω_ref，所述速度测量器20用于测量所述马达80当前的速度以输出一测量速度ω1，所述速度控制器30用于接收所述速度命令ω_ref及所述测量速度ω1，并通过比较所述速度命令ω_ref及所述测量速度ω1产生一电流命令I_ref给所述电流控制器50，所述电流测量器40用于测量所述马达80当前的电流参数以输出一测量电流I1给所述电流控制器50，所述电流控制器50通过比较所述电流命令I_ref及测量电流I1产生一控制电流I，所述PWM控制器60根据所述控制电流I输出具有相应占空比的PWM信号给所述变频器70，所述变频器70根据接收到的PWM信号，输出对应的电流参数，以控制所述马达80的运转。

请参照图2，本发明马达速度命令产生装置10的较佳实施方式包括一插补器11、一前馈补偿器12、一位置测量器13、一位置控制器14及两运算器15、16，所述插补器11用于接收所述位置命令P1_ref并对所述位置命令P1_ref进行插补处理后输出一位置命令P2_ref，所述位置测量器13用于测量所述马达80当前的位置并输出位置值P3，所述运算器15用于接收所述位置命令P2_ref及所述位置值P3，并对所述位置命令P2_ref及位置值P3进行相减运算后输出一位置差ΔP，所述位置控制器14用于接收所述位置差ΔP，并根据所述位置差ΔP产生一速度命令ω2，所述前馈补偿器12用于接收所述位置命令P1_ref并对所述位置命令P1_ref进行补偿运算以产生一补偿速度ω3，所述运算器16用于接收所述速度命令ω2及所述补偿速度ω3，并对所述速度命令ω2及所述补偿速度ω3进行相加运算后输出所述速度命令ω_ref给所述速度控制器30。

请参考图3，所述前馈补偿器12包括两微分器121、122及两运算器123、124，所述微分器121用于对所述位置命令P2_ref进行微分并产生一个一阶微分函数，所述一阶微分函数代表一速度函数，所述微分器122用于对所述一阶微分函数进行微分并产生一个二阶微分函数，所述二阶微分函数代表一加速度函数，所述运算器123将所述二阶微分函数与一运算系数K进行相乘运算并将乘积传送给所述运算器124，所述运算器124用于对所述一阶微分函数与所述乘积进行相加运算后输出所述补偿速度ω3给所述运算器16。

本实施方式中，所述插补器11利用以下方式对所述位置命令P1_ref进行插补运算，以得到所述位置命令P2_ref，其中，所述位置命令P2_ref为一连续的位置命令：

所述插补器11中存储有一函数：

${P2}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n+1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i{N}_{i,k}\left(t\right),$ 其中t_min≤t＜t_max，2≤k≤(n+1)       (1)

其中P2_ref(t)为所述第二位置命令P2_ref以时间t为变量的函数，B₁-B_i为所述位置命令P1_ref在若干不同时间时的位置向量，简称控制点，本实施方式中定义所述控制点B₁-B_i为所述位置命令P1_ref的若干离散值，所述控制点的个数为(n+1)，该控制点的个数(n+1)可以由用户根据需要自行设定：N_i，k(t)为一基底函数，i由用户根据需要自行设定，且：

$N_{i,1}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}{x}_i\&le;t<x_{i+1}\\ 0,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$ (2)

$N_{i,k}\left(t\right)=\frac{(t-x_i)N_{i,k-1}\left(t\right)}{x_{i+k-1}-x_i}+\frac{(x_{i+k}-t)N_{i+1,k-1}\left(t\right)}{x_{i+k}-x_{i+1}}$ (3)

其中，x_i为节点向量中的第i个元素，节点向量为用户所定义的在一最小时间t_min至一最大时间t_max区间内的若干向量点，且x_ix_i+1。如，用可定义节点向量x₁＝t₁＝0，x₂＝t₂＝1，x₃＝t₃＝3，x₄＝t₄＝4，x₅＝t₅＝5，x₆＝t₆＝6，x₇＝t₇＝7，t_min≤t₁≤t₂≤t₃≤t₄≤t₅≤t₆≤t₇≤t_max。

根据上述函数(1)对所述位置命令P1_ref进行运算，可以得出在任何[x_i，x_i+1]区间中，所述第二位置命令P2_ref以时间t为变量的函数P2_ref(t)必为(k-1)次的多项式；且当k不小于2时，P2_ref(t)具有二阶微分的连续性。如此，当所述位置命令函数P2_ref(t)通过所述微分器121进行处理后将会得到连续的一阶微分函数，同理，该连续的一阶微分函数通过所述微分器122进行处理后得到的二阶微分函数亦为连续。由此即可得知，由所述运算器16所输出的速度命令≤_ref亦为连续。

因此，当在所述插补器11中以时间t为变量时，设置函数(1)中K的值不小于2，并根据函数(1)对所述位置命令P1_ref进行函数转换，即可以得到二阶连续的位置命令P2_ref，从而使所述第一微分函数及所述第二微分函数也为连续的函数，因此，所述速度命令ω2及所述补偿速度ω3也均为连续的命令函数，进而得到连续的速度命令ω_ref，由于用来控制所述马达80的运转速度的速度命令ω_ref随时间的增加保持连续，因此可有效消除所述马达80的急冲现象。所述插补器11也可以通过其他方式对所述位置命令P1_ref进行插补运算，以使所述位置命令P2_ref保持连续。

Claims (6)

1.一种马达速度命令产生装置，包括一插补器、一前馈补偿器、一位置测量器、一位置控制器、一第一运算器及一第二运算器，所述插补器用于接收一马达的一第一位置命令，并对所述第一位置命令进行插补处理后输出一个二阶连续的第二位置命令，所述位置测量器用于测量所述马达当前的位置值，所述第一运算器用于对所述第一位置命令与所述马达当前的位置值进行相减运算后输出一位置差值，所述位置控制器用于接收所述位置差值，并根据所述位置差值产生一第一速度命令，所述前馈补偿器用于对所述第二位置命令进行运算以产生一补偿速度，所述第二运算器用于对所述第一速度命令及所述补偿速度进行相加运算后输出一第二速度命令，用以控制所述马达的工作状态。

2.如权利要求1所述的马达速度命令产生装置，其特征在于：所述前馈补偿器包括一第一微分器、一第二微分器、一第三运算器及一第四运算器，所述第一微分器用于对所述第二位置命令进行微分运算以得到一第一微分函数，所述第二微分器用于对所述第一微分函数进行微分运算以得到一第二微分函数，所述第三运算器用于将所述第二微分函数与一运算系数进行相乘运算以得到一乘积，所述第四运算器用于对所述第一微分函数及所述乘积进行相加运算后输出所述补偿速度。

3.如权利要求1所述的马达速度命令产生装置，其特征在于：所述插补器内设置有一对所述第一位置命令进行插补处理的处理法则，所述处理法则为一使所述第一位置命令转换为所述第二位置命令的函数。

4.如权利要求3所述的马达速度命令产生装置，其特征在于：所述处理法则为：

${P2}_{\mathrm{ref}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{B}_i{N}_{i,k}\left(t\right),$

其中，t_min≤t＜t_max，2≤k≤(n+1)，P2ref(t)为所述第二位置命令以时间为变量的函数，Bi为所述第一位置命令的第i个离散值，所述第一位置命令的离散值的个数为(n+1)，N_i，k(t)为基底函数且满足：

$N_{i,1}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}{x}_i\&le;t<x_{i+1}\\ 0,& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.,$

$N_{i,k}\left(t\right)=\frac{(t-x_i)N_{i,k-1}\left(t\right)}{x_{i+k-1}-x_i}+\frac{(x_{i+k}-t)N_{i+1,k-1}\left(t\right)}{x_{i+k}-x_{i+1}},$

其中，xi为时间的节点向量，xi至xi+1为一递增的时间区间。

5.一种马达速度命令产生方法，包括以下步骤：

一插补器对一马达的一第一位置命令进行插补处理后输出一个二阶连续的第二位置命令；

一位置测量器测量所述马达当前的位置值；

一第一运算器对所述第二位置命令与所述马达当前的位置值进行相减运算以输出一位置差值；

一位置控制器根据所述位置差值产生一第一速度命令；

一前馈补偿器对所述第二位置命令进行运算以产生一补偿速度；及

一第二运算器对所述第一速度命令及所述补偿速度进行相加运算后输出一第二速度命令来控制所述马达的工作状态。

6.如权利要求5所述的马达速度命令产生方法，其特征在于：所述前馈补偿器对所述第二位置命令进行运算的步骤中，包括以下步骤：

一第一微分器对所述第二位置命令进行微分运算以得到一第一微分函数；

一第二微分器对所述第一微分函数进行微分运算以得到一第二微分函数；

一第三运算器将所述第二微分函数与一运算系数相乘以得到一乘积；及

一第四运算器对所述第一微分函数及所述乘积进行相加运算后输出所述补偿速度。

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