CN102664483A - 电子齿轮比平滑切换系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子齿轮比平滑切换系统，用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，包括分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元；所述分子调整单元，用于将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位；所述分母调整单元，用于将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位；所述运行控制单元，用于使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行；所述分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元在每一调度周期执行一次。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过分别对电子齿轮比的分子和分母进行逐次调整，可有效平滑电机运行速度，且不会误报随动偏差过大故障。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机控制领域，更具体地说，涉及一种电子齿轮比平滑切换系统及方法。
背景技术
丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的产品，目前被广泛应用于各种工业设备和仪器。通过控制伺服电机的旋转，可实现对丝杆直线运动的速度和位置的控制。例如当丝杆运动速度变化时，伺服电机需调整电子齿轮比。
伺服电机在电子齿轮比实时切换过程中，位置随动偏差经过电子齿轮比反算得到位置指令偏差，当电子齿轮比由高切换为低时，位置指令偏差变大，反之变小。若反算得的位置指令偏差过大，伺服系统会出现报警，影响正常工作。
目前在电子齿轮比实时切换的场合，主要采用如下方法：在电子齿轮比切换的过程中，清除位置随动偏差，这样就不会导致伺服误报位置偏差过大故障。然而，这种方法会造成伺服电机瞬间降低为零速，在很多应用场合并不允许这样的抖动。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述伺服电子在电子齿轮比切换中出现抖动的问题，提供一种电子齿轮比平滑切换系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电子齿轮比平滑切换系统，用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，包括分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元；所述分子调整单元，用于在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位；所述分母调整单元，用于在初始电子齿轮比的分母与目标电子齿轮比的分母不同时，将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位；所述运行控制单元，用于使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，所述调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成；所述分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元在每一调度周期执行一次且每一调度周期以上一调度周期的执行结果进行处理。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换系统中，还包括结果判断单元，用于在每一调度周期完成，判断经该调度周期调整后的初始电子齿轮比是否与目标电子齿轮比相同，若不同则执行下一调度周期。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换系统中，所述分子调整单元在初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子减1；在初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子加1；在初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子保持不变。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换系统中，所述分母调整单元在初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母减1；在初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母加1；在初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母保持不变。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换系统中，每一所述调度周期为1毫秒。
本发明还提供一种电子齿轮比平滑切换方法，用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，包括多个连续的调度周期且每一调度周期对上一调度周期的结果进行操作，每一调度周期包括以下步骤：
（a）在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位；
（b）在初始电子齿轮比的分母与目标电子齿轮比的分母不同时，将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位；
（c）使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，所述调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换方法中，所述方法还包括以下步骤：在每一调度周期完成，判断经该调度周期调整后的初始电子齿轮比是否与目标电子齿轮比相同，若不同则执行下一调度周期。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换方法中，在所述步骤（a）中，当初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子减1；当初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子加1；当初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子保持不变。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换方法中，在所述步骤（b）中，当初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母减1；当初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母加1；当初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母保持不变。
在本发明所述的电子齿轮比平滑切换方法中，每一所述调度周期为1毫秒。
本发明的电子齿轮比平滑切换系统及方法，通过分别对电子齿轮比的分子和分母进行逐次调整，可有效平滑电机运行速度，且不会误报随动偏差过大故障。
附图说明
图1是本发明电子齿轮比平滑切换系统第一实施例的示意图。
图2是本发明电子齿轮比平滑切换系统第二实施例的示意图。
图3是本发明电子齿轮比平滑切换方法第一实施例的流程示意图。
图4是本发明电子齿轮比平滑切换方法第二实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明电子齿轮比平滑切换系统实施例的示意图，该系统用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换。在本实施例中，该系统包括分子调整单元11、分母调整单元12以及运行控制单元13。上述分子调整单元11、分母调整单元12以及运行控制单元13可集成到伺服控制器或变频器，并可通过软件、硬件或其结合实现。
分子调整单元11用于在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位。例如当初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，每次调整将初始电子齿轮比的分子减1；当初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，每次调整将初始电子齿轮比的分子加1。在初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，分子调整单元11保持初始电子齿轮比的分子不变。
分母调整单元12用于在初始电子齿轮比的分母与目标电子齿轮比的分母不同时，将初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位。例如当初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，每次调整将初始电子齿轮比的分母减1；当初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，每次调整将初始电子齿轮比的分母加1。在初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，分母调整单元12保持初始电子齿轮比的分母不变。
运行控制单元13用于使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，该调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成。
上述分子调整单元11、分母调整单元12以及运行控制单元13在每一调度周期执行一次且每一调度周期以上一调度周期的执行结果进行处理。上述各单元在执行时，可根据伺服控制器或变频器内的计时装置确定每一调度周期，当然在实际应用中，也可设置单独的计时单元来确定每一调度周期。
上述每一调度周期可以为1毫秒，即每1毫秒使分子调整单元11、分母调整单元12以及运行控制单元13执行一次。在实际应用中，可根据不同应用场合调整上述调度周期，例如0.2毫秒等，调度周期时长越长，电子齿轮比的切换速度越慢，相应的切换过程越平稳。
此外，分子调整单元11和分母调整单元12的每次调整的单位也可根据需要调整，例如每次调整1、0.5、0.1等，每次调整的单位越小，电子齿轮比的切换速度越慢，相应的切换过程越平稳。
如图2所述，在本发明的第二实施例中，电子齿轮比平滑切换系统除了包括分子调整单元21、分母调整单元22以及运行控制单元23外，还包括结果判断单元24。该结果判断单元24用于在每一调度周期完成时，判断经该调度周期调整后的初始电子齿轮比是否与目标电子齿轮比相同，若不同则使分子调整单元21、分母调整单元22以及运行控制单元23执行下一调度周期。若调整后的初始电子齿轮比与目标电子齿轮比相同，则分子调整单元21、分母调整单元22即不再执行，伺服电机直接以目标电子齿轮比运行。
同样地，上述结果判断单元24也可集成到伺服控制器或变频器，并可通过软件、硬件或其结合实现。
如图3所示，是本发明电子齿轮比平滑切换方法第一实施例的流程图。该方法用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，包括多个连续的调度周期且每一调度周期对上一调度周期的结果进行操作，每一调度周期包括以下步骤：
步骤S31：在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位。例如当初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，每次调整将初始电子齿轮比的分子减1；当初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，每次调整将初始电子齿轮比的分子加1。在初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，保持初始电子齿轮比的分子不变。
步骤S32：在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位。例如当初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，每次调整将初始电子齿轮比的分母减1；当初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，每次调整将初始电子齿轮比的分母加1。在初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，保持初始电子齿轮比的分母不变。
步骤S33：使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，所述调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成。
上述方法中，步骤S31与步骤S32同时执行，即在同一调度周期内同时执行且同时完成，并无先后顺序。
在上述的方法中，在每一调度周期完成，若经上一调度周期调整后的初始电子齿轮比与目标电子齿轮比相同，则停止调整；否则执行下一调度周期。
如图4所示，是本发明电子齿轮比平滑切换方法的第二实施例的流程示意图。在该实施例中，控制伺服电机从初始电子齿轮比C1/N1切换到目标电子齿轮比Cx/Nx，包括以下步骤：
步骤S411；设置中间齿轮比Cm/Nm，并使Cm=C1，Nm=N1，然后执行步骤S412及S417，进入一个调度周期。
步骤S412：判断Cm是否等于Cx，若是，则执行步骤S416，否则执行步骤S413。
步骤S413：判断Cm是否大于Cx，若是，则执行步骤S414，否则执行步骤S415。
步骤S414：使Cm=Cm-1，即使中间齿轮比的分子减1，然后执行步骤S416。
步骤S415：使Cm=Cm+1，即使中间齿轮比的分子加1，然后执行步骤S416。
步骤S416：使用中间齿轮比Cm/Nm控制电机运行，然后执行步骤S421。
步骤S421：判断中间齿轮比是否与目标齿轮比相同，即判断Cm=Cx且Nm=Nx，若是则完成初始齿轮比到目标齿轮比的切换，否则执行步骤S412及S417，进入下一个调度周期。
步骤S417：判断Nm是否等于Nx，若是，则执行步骤S416，否则执行步骤S418。
步骤S418：判断Nm是否大于Nx，若是，则执行步骤S419，否则执行步骤S420。
步骤S419：使Nm=Nm-1，即使中间齿轮比的分母减1，然后执行步骤S416。
步骤S420：使Nm=Nm+1，即使中间齿轮比的分母加1，然后执行步骤S416。
在该实施例中，步骤S412、S413、S414、S415、S417、S418、S419、S420、 S416在同一调度周期内执行，而步骤S421则可在每一调度周期的开始执行或最后执行。
当然，在具体应用中，上述的执行顺序也根据实际需要进行调整。
上述电子齿轮比平滑切换系统及方法，可直接应用于伺服系统中。在实际应用中经证实，上述系统及方法可有效平滑电机运行速度，且不会误报位置随动偏差过大故障。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电子齿轮比平滑切换系统，用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，其特征在于：包括分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元；所述分子调整单元，用于在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位；所述分母调整单元，用于在初始电子齿轮比的分母与目标电子齿轮比的分母不同时，将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位；所述运行控制单元，用于使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，所述调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成；所述分子调整单元、分母调整单元以及运行控制单元在每一调度周期执行一次且每一调度周期以上一调度周期的执行结果进行处理。
2.根据权利要求1所述的电子齿轮比平滑切换系统，其特征在于：还包括结果判断单元，用于在每一调度周期完成，判断经该调度周期调整后的初始电子齿轮比是否与目标电子齿轮比相同，若不同则执行下一调度周期。
3.根据权利要求1或2所述的电子齿轮比平滑切换系统，其特征在于：所述分子调整单元在初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子减1；在初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子加1；在初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子保持不变。
4.根据权利要求1或2所述的电子齿轮比平滑切换系统，其特征在于：所述分母调整单元在初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母减1；在初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母加1；在初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母保持不变。
5.根据权利要求1所述的电子齿轮比平滑切换系统，其特征在于：每一所述调度周期为1毫秒。
6.一种电子齿轮比平滑切换方法，用于控制伺服电机实现从初始电子齿轮比到目标电子齿轮比的平滑切换，其特征在于：包括多个连续的调度周期且每一调度周期对上一调度周期的结果进行操作，每一调度周期包括以下步骤：
（a）在初始电子齿轮比的分子与目标电子齿轮比的分子不同时，将所述初始电子齿轮比的分子向目标电子齿轮比的分子调整一个单位；
（b）在初始电子齿轮比的分母与目标电子齿轮比的分母不同时，将所述初始电子齿轮比的分母向目标电子齿轮比的分母调整一个单位；
（c）使伺服电机以调整后的初始电子齿轮比运行，所述调整后的初始电子齿轮比由调整后的初始电子齿轮比的分子及调整后的初始电子齿轮比的分母构成。
7.根据权利要求6所述的电子齿轮比平滑切换方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：在每一调度周期完成，判断经该调度周期调整后的初始电子齿轮比是否与目标电子齿轮比相同，若不同则执行下一调度周期。
8.根据权利要求6或7所述的电子齿轮比平滑切换方法，其特征在于：在所述步骤（a）中，当初始电子齿轮比的分子大于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子减1；当初始电子齿轮比的分子小于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子加1；当初始电子齿轮比的分子等于目标电子齿轮比的分子时，使初始电子齿轮比的分子保持不变。
9.根据权利要求6或7所述的电子齿轮比平滑切换方法，其特征在于：在所述步骤（b）中，当初始电子齿轮比的分母大于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母减1；当初始电子齿轮比的分母小于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母加1；当初始电子齿轮比的分母等于目标电子齿轮比的分母时，使初始电子齿轮比的分母保持不变。
10.根据权利要求6所述的电子齿轮比平滑切换方法，其特征在于：每一所述调度周期为1毫秒。
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