CN102457220A - 扫描伺服电机控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种扫描伺服电机控制系统及方法。其中所述系统包括：传感器模块，用于采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息以及采集所述转轴运转时系统的输入电流；模数转换模块，用于将所述传感器模块采集到的位置信息及输入电流进行模数转换；数字信号处理器，用于生成校准输入电流信号；数模转换模块，用于将所述数字信号处理器生成的校准输入电流信号进行数模转换；电机驱动电路，与扫描伺服电机相连，用于将所述数模转换模块输出的校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，以控制所述扫描伺服电机转轴的转动。通过实施本发明，可增强系统抗干扰能力，提高系统响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机领域，尤其涉及一种扫描伺服电机控制系统及方法。
背景技术
伺服系统是一种能够跟随系统指令的随动电机控制系统，传统的伺服电机系统均采用模拟电子技术及模拟运算方式来实现，一般采用PID(比例-积分-微分)控制方法的控制器来进行控制信号的运算，以通过模拟器件的信号运算来达到跟随系统输入指令的目的。伺服系统广泛应用于工业的各个领域。但是，当前的模拟伺服系统具有一些不能克服的缺陷，例如系统信号抗干扰能力弱，不能够实现智能化信息交互等等。随着数字传感器和数字处理器件的快速发展，数字系统元件越来越常见，价格也越来越便宜。许多模拟电路系统已经逐渐被数字系统所取代。数字式伺服电机控制系统能够带来比传统模拟系统更优越的特性。数字系统相比较模拟系统更灵活，更可靠，更稳定，而且其实现相同系统功能的器件体积和发热量也都要比模拟器件小。
扫描伺服电机系统已经在各种应用中存在已久，但目前尚没有出现完全由数字扫描伺服电机系统替代传统模拟系统的技术方案。
发明内容
本发明实施例的要解决的技术问题在于，提供一种扫描伺服电机控制系统及一种扫描伺服电机控制方法，以增强系统抗干扰能力，提高系统响应速度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的扫描伺服电机控制系统，包括：
传感器模块，与扫描伺服电机相连，用于采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息以及采集所述转轴运转时系统的输入电流；
模数转换模块，用于将所述传感器模块采集到的位置信息及输入电流进行模数转换；
数字信号处理器，用于根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换模块发送的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号；
数模转换模块，用于将所述数字信号处理器生成的校准输入电流信号进行数模转换；
电机驱动电路，与扫描伺服电机相连，用于将所述数模转换模块输出的校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，以控制所述扫描伺服电机转轴的转动。
较佳的，所述传感器模块进一步包括：
位置传感器，用于采集所述扫描伺服电机运转时转轴的位置信息；
电流传感器，用于采集所述扫描伺服电机运转时的输入电流。
较佳的，所述数字信号处理器进一步包括：
指令接口模块，用于接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息；
第一加减器，用于计算所述目标位置信息与所述模数转换模块发送的位置信息的差值；
第一控制器，用于根据存储的校准参数对所述第一加减器输出的差值进行处理，生成目标速度信息；
速度滤波器，用于根据所述模数转换模块发送的位置信息及输入电流计算出速度信息；或者根据所述模数转换模块发送的位置信息计算出速度信息；
第二加减器，用于计算所述目标速度信息与所述速度滤波器发送的速度信息的差值；
第二控制器，用于根据存储的校准参数对所述第二加减器输出的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
振荡滤波器，用于对所述第二控制器输出的校准输入电流信号进行去振处理，并将处理后的校准输入电流信号发送给所述数模转换模块。
较佳的，所述数字信号处理器还包括：
存储模块，用于存储所述伺服电机系统的系统配置参数以及系统所需的各种校准参数。
或者，所述系统还包括：
存储模块，用于存储所述伺服电机系统的系统配置参数以及系统所需的各种校准参数。
较佳的，所述系统还包括GUI图形界面控制平台，用于对所述伺服电机系统进行配置并实时显示所述伺服电机系统的运转状态。
相应的，本发明实施例提供的扫描伺服电机的控制方法，包括：
采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息及系统的输入电流；
将所述采集到的位置信息及输入电流进行模数转换；
根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号；
将所述校准输入电流信号进行数模转换；
将所述校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，控制所述扫描伺服电机转轴的转动。
较佳的，所述根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号，进一步包括：
接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息、进行模数转换后的位置信息、电流信息以及存储的校准参数；
计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值；
根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息；
根据所述模数转换后的位置信息计算出速度信息；
计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值；
根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
对所述校准输入电流信号进行去振处理。
或者，所述根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号，进一步包括：
接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息、进行模数转换后的位置信息、电流信息以及存储的校准参数；
计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值；
根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息；
根据所述模数转换后的位置信息及输入电流计算出速度信息；
计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值；
根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
对所述校准输入电流信号进行去振处理。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例将采集的模拟的位置信息及输入电流进行模数转换，转换为数字信号后，通过数字信号处理器对扫描伺服电机的输入量进行校准，相对于现有技术采用模拟处理方式的方案相比，系统结构灵活，抗干扰能力强，响应速度快，并且本发明实施例在对输入量进行校准时，可同时通过位置信息及输入电流信息计算速度信息，计算速度信息的时间短，延时小，这样可使系统的输入量更快地跟随目标指令进行变化。
附图说明
图1是本发明的扫描伺服电机控制系统的一个实施例结构组成示意图；
图2是图1中的传感器模块的一个实施例结构组成示意图；
图3是图1中的数字信号处理器的一个实施例结构组成示意图；
图4是本发明的扫描伺服电机控制系统的方法的一个实施例流程示意图；
图5是图4中步骤S402的一个实施例流程示意图；
图6是图4中步骤S402的另一个实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种扫描伺服电机控制系统。
下面结合图1-图3对本发明的扫描伺服电机控制系统的具体实施例进行描述。
图1是本发明的扫描伺服电机控制系统的一个实施例的结构组成示意图。如图1所示，本实施例的系统包括：
传感器模块10、模数转换模块20、数字信号处理器30、数模转换模块40、电机驱动电路50、存储模块60，其中：
所述传感器模块10，与扫描伺服电机相连，用于采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息以及采集所述转轴运转时系统的输入电流。
如图2所示，具体实现中，传感器模块10可包括位置传感器101和电流传感器102，其中，所述位置传感器101，用于采集所述扫描伺服电机运转时转轴的位置信息；所述电流传感器102，用于采集所述扫描伺服电机运转时的输入电流。本实施例中，所述传感器模块10采集的是模拟信号。
所述模数转换模块20，用于将所述传感器模块10采集到的位置信息及输入电流进行模数转换。具体实现中模数转换模块20可为一个模数转换器，由该模数转换器同时对所述位置信息及输入电流进行模数转换。或者所述模数转换模块20可包括两个模数转换器，分别对所述位置信息及输入电流进行模数转换。
所述数字信号处理器30，用于根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换模块20发送的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号。
具体实现中，如图3所示，所述数字信号处理器30进一步包括：
指令接口模块301，用于接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息。
具体实现中，所述目标位置信息为系统从外部接收的，希望伺服电机跟随的指令信息。具体实现中，所述校准参数可存储在存储模块60中，也可存储在数字信号处理器30自带的存储模块中。
第一加减器302，用于计算所述目标位置信息与所述模数转换模块20发送的位置信息的差值。
第一控制器303，用于根据存储的校准参数对所述第一加减器302输出的差值进行处理，生成目标速度信息。所述目标速度信息是预使所述伺服电机达到的速度信息。
速度滤波器304，用于根据所述模数转换模块20发送的位置信息及输入电流计算出速度信息(图3所示的情形)；或者根据所述模数转换模块20发送的位置信息计算出速度信息(未图示)。本实施例中，速度滤波器304通过位置信息及输入电流两个输入量计算速度信息的时延小于单独通过位置信息计算速度信息，也即，当采用位置信息及输入电流计算速度信息时，整个系统可更快地满足外部控制指令的跟随需求。
第二加减器305，用于计算所述目标速度信息与所述速度滤波器发送的速度信息的差值。
第二控制器306，用于根据存储的校准参数对所述第二加减器305输出的差值进行处理，生成校准输入电流信号。
振荡滤波器307，用于对所述第二控制器306输出的校准输入电流信号进行去振处理，并将处理后的校准输入电流信号发送给所述数模转换模块。
数模转换模块40，用于将所述数字信号处理器30生成的校准输入电流信号进行数模转换。
电机驱动电路50，与扫描伺服电机相连，用于将所述数模转换模块40输出的校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，以控制所述扫描伺服电机转轴的转动。当校准输入电流信号输入到扫描伺服电机后，所述伺服电机运转时，转轴的位置将可以达到系统外部所需的目标位置信息所指示的位置，转轴的运转速度将可以达到所需的目标速度信息所指示的速度。
具体实现中，数字信号处理器30可为一个包括上述各功能模块的单片机芯片。
所述存储模块60，用于存储所述伺服电机系统的系统配置参数以及系统所需的各种校准参数。具体实现中，存储模块60可包括RAM存储器和FLASH存储器。
较佳的，在扫描伺服电机的其他实施例中，其除了包括上述实施例所述的各模块之外，还可包括GUI图形界面控制平台，用于对所述伺服电机系统进行配置并实时显示所述伺服电机系统的运转状态。
本实施例的扫描伺服电机控制系统将采集的模拟的位置信息及输入电流进行模数转换，转换为数字信号后，通过数字信号处理器对扫描伺服电机的输入量进行校准，相对于现有技术采用模拟处理方式的方案相比，系统结构灵活，抗干扰能力强，响应速度快，并且本实施例在对输入量进行校准时，可同时通过位置信息及输入电流信息计算速度信息，计算速度信息的时间短，延时小，这样可使系统的输入量更快地跟随目标指令进行变化。
相应的，本发明实施例还提供了一种扫描伺服电机的方法，该方法可由前述的伺服电机控制系统进行实现。
下面结合图4-图6对本发明的扫描伺服电机的控制方法的具体实施例进行描述。
图4是本发明的扫描伺服电机的控制方法的一个实施例的流程示意图。如图4所示，本实施例的方法包括：
步骤S400，采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息及系统的输入电流。具体实现中，在步骤S400中采集的是模拟信号。
步骤S401，将所述采集到的位置信息及输入电流进行模数转换。
步骤S402，根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号。
步骤S403，将所述校准输入电流信号进行数模转换。
步骤S404，将所述校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，控制所述扫描伺服电机转轴的转动。
具体实现中，如图5及图6所示，步骤S402具体可通过不同的实施例进行实现。
如图5所示，步骤S402的一种实施例实现流程包括：
步骤S4021，接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息、进行模数转换后的位置信息、电流信息以及存储的校准参数。具体实现中，所述目标位置信息为系统从外部接收的，希望伺服电机跟随的指令信息。
步骤S4022，计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值。
步骤S4023，根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息。所述目标速度信息是预使所述伺服电机达到的速度信息。
步骤S4024，根据所述模数转换后的位置信息计算出速度信息。
步骤S4026，计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值。
步骤S4027，根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号。具体实现中，当校准输入电流信号输入到扫描伺服电机后，所述伺服电机运转时，转轴的位置将可以达到系统外部所需的目标位置信息所指示的位置，转轴的运转速度将可以达到所需的目标速度信息所指示的速度。
步骤S4028，对所述校准输入电流信号进行去振处理。
如图6所示，步骤S402的另一种实施例实现流程包括：包括：
步骤S4021，接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息、进行模数转换后的位置信息、电流信息以及存储的校准参数。
步骤S4022，计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值；
步骤S4023，根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息。
步骤S4025，根据所述模数转换后的位置信息及输入电流计算出速度信息。具体实现中，当采用位置信息及输入电流计算速度信息时，整个系统可更快地满足外部控制指令的跟随需求。
步骤S4026，计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值。
步骤S4027，根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
步骤S4028，对所述校准输入电流信号进行去振处理。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种扫描伺服电机控制系统，其特征在于，包括：
传感器模块，与扫描伺服电机相连，用于采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息以及采集所述转轴运转时系统的输入电流；
模数转换模块，用于将所述传感器模块采集到的位置信息及输入电流进行模数转换；
数字信号处理器，用于根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换模块发送的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号；
数模转换模块，用于将所述数字信号处理器生成的校准输入电流信号进行数模转换；
电机驱动电路，与扫描伺服电机相连，用于将所述数模转换模块输出的校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，以控制所述扫描伺服电机转轴的转动。
2.如权利要求1所述的扫描伺服电机控制系统，其特征在于，所述传感器模块进一步包括：
位置传感器，用于采集所述扫描伺服电机运转时转轴的位置信息；
电流传感器，用于采集所述扫描伺服电机运转时的输入电流。
3.如权利要求1所述的扫描伺服电机控制系统，其特征在于，所述数字信号处理器进一步包括：
指令接口模块，用于接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息；
第一加减器，用于计算所述目标位置信息与所述模数转换模块发送的位置信息的差值；
第一控制器，用于根据存储的校准参数对所述第一加减器输出的差值进行处理，生成目标速度信息；
速度滤波器，用于根据所述模数转换模块发送的位置信息及输入电流计算出速度信息；或者根据所述模数转换模块发送的位置信息计算出速度信息；
第二加减器，用于计算所述目标速度信息与所述速度滤波器发送的速度信息的差值；
第二控制器，用于根据存储的校准参数对所述第二加减器输出的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
振荡滤波器，用于对所述第二控制器输出的校准输入电流信号进行去振处理，并将处理后的校准输入电流信号发送给所述数模转换模块。
4.如权利要求3所述的扫描伺服电机控制系统，其特征在于，所述数字信号处理器还包括：
存储模块，用于存储所述伺服电机系统的系统配置参数以及系统所需的各种校准参数。
5.如权利要求1-3中任一项所述的扫描伺服电机控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
存储模块，用于存储所述伺服电机系统的系统配置参数以及系统所需的各种校准参数。
6.如权利要求1-4中任一项所述的扫描伺服电机控制系统，其特征在于，还包括GUI图形界面控制平台，用于对所述伺服电机系统进行配置并实时显示所述伺服电机系统的运转状态。
7.一种扫描伺服电机的控制方法，其特征在于，包括：
采集扫描伺服电机运转时转轴的位置信息及系统的输入电流；
将所述采集到的位置信息及输入电流进行模数转换；
根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号；
将所述校准输入电流信号进行数模转换；
将所述校准输入电流信号输入到所述扫描伺服电机，控制所述扫描伺服电机转轴的转动。
8.如权利要求7所述的扫描伺服电机的控制方法，其特征在于，所述根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号，进一步包括：
接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息；
计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值；
根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息；
根据所述模数转换后的位置信息计算出速度信息；
计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值；
根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号；
对所述校准输入电流信号进行去振处理。
9.如权利要求7所述的扫描伺服电机的控制方法，其特征在于，所述根据预使所述电机的转轴达到的目标位置信息和存储的校准参数以及所述模数转换后的位置信息及输入电流进行系统输入量校准处理，生成校准输入电流信号，进一步包括：
接收预使所述电机的转轴达到的目标位置信息；
计算所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值；
根据存储的校准参数对计算出的所述目标位置信息与所述模数转换后的位置信息的差值进行处理，生成目标速度信息；
根据所述模数转换后的位置信息及输入电流计算出速度信息；
计算所述目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值；
根据存储的校准参数对所述计算出的目标速度信息与由所述模数转换后的位置信息计算所得的速度信息的差值进行处理，生成校准输入电流信号；对所述校准输入电流信号进行去振处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120516 |