CN102063134A - 控制力矩的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制力矩的装置和方法，属于控制领域。该装置包括接收模块、叠加模块、处理模块和干扰辨识模块。本发明对力矩纹波进行主动补偿，有效的抑制了系统性干扰，实现电机力矩输出平稳，保证了对力矩指令的响应速度，避免了系统性延迟，同时不需要力传感器，工程中抗干扰能力强。

Description

控制力矩的装置和方法

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种控制力矩的装置和方法。

背景技术

在所有力矩控制领域，对电机实际输出的波动都有一定的要求。

目前比较常用的力矩控制方法主要有两种：

方法一是直接控制电流，通过电流与力矩的线性比例关系间接地控制输出力矩，根据电机力矩系数和机械传动关系，将目标力矩折算成所需的电流，直接交给驱动器，控制电机按给定值输出电流。

方法二保持以上控制结构不变，在输出位置并联或串联阻尼装置，以达到控制力矩纹波范围的目的，通过设置阻尼大小，直到力矩纹波满足要求。

在对现有技术进行分析后，发明人发现现有技术至少具有如下缺点：

方法一在连续运动时力矩会受到干扰。在电流不变的情况下，电机转子处于电机两个磁极之间不同位置时，输出力矩会发生变化，与电机相连的结构会发生明显的震动，尤其是慢速运动时更加明显。在人感系统中，电机经常处于这种缓慢移动的情况，严重影响系统的使用。

方法二只有阻尼达到一定水平时，才能达到有效抑制纹波的目的。但是，阻尼的增加会严重降低系统的响应带宽，在人感系统中表现为系统粘滞，操纵不灵活，无法产生比较精细的力感。

发明内容

本发明实施例提供了一种控制力矩的装置和方法。所述技术方案如下：

一种控制力矩的装置，包括：接收模块、叠加模块和处理模块；

所述接收模块，用于接收目标力矩，并将所述目标力矩转换为力矩电流信号；

所述叠加模块，用于将所述力矩电流信号与补偿电流信号叠加；

所述处理模块，用于对叠加后的电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

所述装置还包括：

干扰辨识模块，用于在速度环模式下，根据电机的速度与位置和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

还用于在电流环模式下，根据电机的速度与位置和所述电流与角位置关系，得到对应电流，将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

所述干扰辨识模块具体包括：

接收单元，用于接收电机内的速度与位置电子传感器发送的速度与位置信息；

转换单元，用于将所述速度与位置信息转换为角位置信息；

记录单元，用于在速度环模式下，记录所述角位置信息和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

补偿电流计算单元，用于根据所述角位置信息和所述电流与角位置关系，得到所述角位置信息的对应电流，并将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

所述装置具体为数字驱动器。

一种利用上述装置控制力矩的方法，包括：

接收目标力矩，并将所述目标力矩转换为力矩电流信号；

将所述力矩电流信号与补偿电流信号叠加；

对叠加后的电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

得到所述补偿电流信号方法包括：

在速度环模式下，根据电机的速度与位置和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

在电流环模式下，根据电机的速度与位置和所述电流与角位置关系，得到对应电流，将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

得到所述电流与角位置关系的方法具体包括：

接收电机内的速度与位置电子传感器发送的速度与位置信息；

将所述速度与位置信息转换为角位置信息；

在速度环模式下，记录所述角位置信息和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

得到所述补偿电流信号方法具体包括：

根据所述角位置信息和所述电流与角位置关系，得到所述角位置信息的对应电流，并将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

本发明实施例通过在速度环模式下，得到不同速度对应的系统性干扰，根据该系统性干扰对电流进行实时补偿，即对力矩纹波进行主动补偿，有效的抑制了系统性干扰，实现电机力矩输出平稳，保证了对力矩指令的响应速度，避免了系统性延迟，同时不需要力传感器，工程中抗干扰能力强。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例1提供的一种控制力矩的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的一种控制力矩的方法的流程图；

图3是本发明实施例2提供的一种控制力矩的方法的流程图；

图4是本发明实施例2提供的一种得到电流与角位置关系的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为了保证力矩平滑输出，提高系统响应速度，本发明实施例提供了一种控制力矩的装置，参见图1，该装置包括：

接收模块101、叠加模块102和处理模块103；

接收模块101，用于接收目标力矩，并将目标力矩转换为力矩电流信号；

叠加模块102，用于将力矩电流信号与补偿电流信号叠加，将得到的电流信号发送给处理模块103；

处理模块103，用于接收叠加模块102发送的电流信号，对电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

该装置还包括：

干扰辨识模块104，用于在速度环模式下，根据与装置相连的电机的速度与位置和处理模块103的输出电流信号，得到电流与角位置关系；

还用于电流环模式下，根据与装置相连的电机的速度与位置和干扰辨识模块104中的电流与角位置关系，得到对应电流，将对应电流与处理模块的输出电流信号做差，将得到的差值作为补偿电流信号，并输出补偿电流信号给叠加模块102。

干扰辨识模块104具体包括：

接收单元1041，用于接收与装置相连的电机内的速度与位置电子传感器发送的速度与位置信息；

转换单元1042，用于将速度与位置信息转换为角位置信息；

记录单元1043，用于在速度环模式下，记录角位置信息和处理模块的输出电流信号，得到电流与角位置关系；

补偿电流计算单元1044，用于根据角位置信息和电流与角位置关系，得到角位置信息的对应电流，并将对应电流与处理模块103的输出电流信号做差，将得到的差值作为补偿电流信号，并输出补偿电流信号给叠加模块102。

优选地，该装置可以为数字驱动器，或者其他种类的驱动器，本发明实施例对此不做具体限定。

本发明实施例通过在速度环模式下，得到不同速度对应的系统性干扰，根据该系统性干扰对电流进行实时补偿，即对力矩纹波进行主动补偿，有效的抑制了系统性干扰，实现电机力矩输出平稳，保证了对力矩指令的响应速度，避免了系统性延迟，同时不需要力传感器，工程中抗干扰能力强。

实施例2

为了保证力矩平滑输出，提高系统响应速度，本发明实施例提供了一种利用上述控制力矩的装置控制力矩的方法，参见图2，该方法包括：

201：接收目标力矩，并将目标力矩转换为力矩电流信号；

202：将力矩电流信号与补偿电流信号叠加；

203：对叠加后的电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

为了便于说明，本发明实施例仅以控制力矩的装置为数字驱动器为例进行说明，将目标力矩转换的电流设为力矩电流信号Ii，将输出电流信号设为Io，补偿电流信号设为Ia，参见图3，该方法具体包括：

301：数字驱动器中的接收模块接收目标力矩，并将目标力矩转化成力矩电流信号Ii；

具体地，在伺服电机系统中，电流信号和力矩呈比例，根据数字驱动器的型号，将目标力矩乘以预设的系数，可以得到该目标力矩对应的电流信号。

需要说明的是，在实际进行加载控制的时候，数字驱动器中的电流控制环工作在电流环方式。

其中，该电流控制环的功能相当于本发明实施例1中的处理模块103。

302：数字驱动器中的叠加模块将该力矩电流信号Ii与补偿电流信号Ia叠加，输入电流控制环；

具体地，得到补偿电流信号的方法具体包括：电机内的速度与位置电子传感器将电机当前的速度与位置发送给数字驱动器，数字驱动器将该速度与位置信息转换为角位置信息，数字驱动器存有电流与角位置关系，利用该些关系进行干扰辨识，根据该角位置信息查询电流与角位置关系，得到其对应电流，该对应电流与此时数字驱动器输出电流信号的差值即是系统反馈的补偿电流信号Ia，将此补偿电流信号Ia输出。

其中，数字驱动器将该速度与位置信息转换为角位置信息的方式可以有多种，本发明对此不做具体限定。

其中，数字驱动器内的电流与角位置关系可以用二维曲线的形式来表示，也可以有其他多种形式，本发明对此不做具体限定。

例如，该电流与角位置关系用二维曲线的形式表示，当前电机的角速度为∏/3rad/s，将其换算为角位置信息，根据电流与角位置关系，得到其对应电流为1A，当前数字驱动器输出电流信号Io为0.8A，则二者的差值为0.2A，该0.2A即是补偿电流信号Ia，将0.2A与数字驱动器输入端输入的电流信号叠加。

进一步地，得到电流与角位置的关系的方法详见下述步骤401-404，需要说明的是，步骤401-404是一个设置系统的过程，并不包含在步骤301-304中，在进行步骤301-304之前，需要进行步骤401-404，用以设置系统，得到电流和角位置的关系，即得到电机的系统性干扰规律，为步骤301-304的进行做准备。

需要说明的是，该电流与角位置的关系曲线反映的是电机中的系统性干扰。随着输入电机电流的变化，其速度和位置的变化应与电流变化成比例，电流与角位置关系的曲线应该呈直线，但是由于电机中的系统性干扰，该曲线并没有特定的规律，有可能呈上下起伏的波浪线形状，数字驱动器记录多条在不同速度下的电流与角位置关系的曲线，然后根据当前电机的速度与位置，得到曲线上的对应电流，该对应电流与此时数字驱动器输出电流信号的差值即是补偿电流信号。

303：电流控制环处理叠加后的电流信号，将处理后的电流信号作为输出电流信号Io；

304：电流控制环发送输出电流信号Io给电机，该输出电流信号代表实际输出的目标力矩。

其中，该输出电流信号Io驱动电机以目标力矩进行运动。

需要说明的是，该输出电流信号Io并不是Ii和Ia的简单叠加，该电流控制环起到一个放大器的作用，其输出电流信号Io是Ii和Ia和的倍数。

参见图4，具体地，得到表示电流与角位置关系的方法包括以下步骤：

401：将数字驱动器中的电流控制环设置为速度环方式；

具体地，将数字驱动器中的电流控制环设置为速度环，调整参数，使系统的跟随性和稳定性达到满意状态。

其中，速度环是速度反馈系统，数字驱动器根据预设的速度输出电流，该电流驱动电机以特定的速度转动。

在电流环模式下，根据与装置相连的电机的速度与位置和干扰辨识模块中的电流与角位置关系，得到对应电流，将对应电流与处理模块的输出电流信号做差，将得到的差值作为补偿电流信号，并输出补偿电流信号给叠加模块。

402：给速度环设定速度，数字驱动器输出与该速度对应的电流给电机；

需要说明的是，速度环根据设定的速度输出电流，该电流指示电机根据该速度运动。

403：电机上的速度与位置电子传感器将电机当前的速度与位置发送给数字驱动器；

404：数字驱动器接收速度与位置信息，并将接收到的信息转换为角位置信息；

其中，速度与位置信息转换为角位置信息的方法可以有多种，本发明实施例不做具体限定。

405：数字驱动器记录电机的速度与位置和当前数字驱动器的输出电流信号，得到电流与角位置对应关系。

其中，该电流与角位置对应关系可以由二维曲线来表示，也可以由其他的表示形式，本发明实施例对此不做具体限定。

需要说明的是，步骤402-405是确定某个速度下的电流与角位置对应关系的过程，为了达到本发明的目的，需要得到在多个速度下的多个电流与角位置对应关系，因此，步骤402-步骤405要重复多次，每次为数字驱动器设定不同的速度，以得到多组对应关系，利用这些对应关系辨识出电流补偿。

本发明实施例通过在速度环模式下得到不同速度对应的系统性干扰，根据该系统性干扰对电流进行实时补偿，即对力矩纹波进行主动补偿，有效的抑制了系统性干扰，实现电机力矩输出平稳，保证了对力矩指令的响应速度，避免了系统性延迟，同时不需要力传感器，工程中抗干扰能力强。

本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，计算机的硬盘、缓存或光盘中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种控制力矩的装置，其特征在于，包括：接收模块、叠加模块和处理模块；

所述接收模块，用于接收目标力矩，并将所述目标力矩转换为力矩电流信号；

所述叠加模块，用于将所述力矩电流信号与补偿电流信号叠加；

所述处理模块，用于对叠加后的电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

干扰辨识模块，用于在速度环模式下，根据电机的速度与位置和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

还用于在电流环模式下，根据电机的速度与位置和所述电流与角位置关系，得到对应电流，将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述干扰辨识模块具体包括：

接收单元，用于接收电机内的速度与位置电子传感器发送的速度与位置信息；

转换单元，用于将所述速度与位置信息转换为角位置信息；

记录单元，用于在速度环模式下，记录所述角位置信息和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

补偿电流计算单元，用于根据所述角位置信息和所述电流与角位置关系，得到所述角位置信息的对应电流，并将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

4.如权利要求1至3所述的装置，其特征在于，所述装置具体为数字驱动器。

5.一种控制力矩的方法，其特征在于，包括：

接收目标力矩，并将所述目标力矩转换为力矩电流信号；

将所述力矩电流信号与补偿电流信号叠加；

对叠加后的电流信号进行处理，并将处理后的电流信号作为输出电流信号输出。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，得到所述补偿电流信号方法包括：

在速度环模式下，根据电机的速度与位置和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

在电流环模式下，根据电机的速度与位置和所述电流与角位置关系，得到对应电流，将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，得到所述电流与角位置关系的方法具体包括：

接收电机内的速度与位置电子传感器发送的速度与位置信息；

将所述速度与位置信息转换为角位置信息；

在速度环模式下，记录所述角位置信息和所述输出电流信号，得到电流与角位置关系；

得到所述补偿电流信号方法具体包括：

根据所述角位置信息和所述电流与角位置关系，得到所述角位置信息的对应电流，并将所述对应电流与所述输出电流信号做差，将得到的差值作为所述补偿电流信号，并输出所述补偿电流信号。

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