CN103001570A - 控制电机位置超调的方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制电机位置超调的方法及控制装置，其中，控制电机位置超调的方法，包括：接收用户输入的电机需达到的位置目标值；根据位置目标值、电机的预置参数、电机当前所在的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，第一位置曲线为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的曲线，第一位置曲线的起始位置为电机当前所在的位置值，第一位置曲线的终止位置为电机的位置目标值；根据第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，以使电机达到位置目标值。上述方法解决了现有技术中电机的位置超调问题，提高了电机旋转时的位置精度。

Description

控制电机位置超调的方法及控制装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别地涉及一种控制电机位置超调的方法及控制装置。

背景技术

目前，交流异步电机、永磁同步电机等均设置有控制装置和与控制装置连接的客户端，该客户端用以接收用户输入的位置目标值，以使控制装置根据输入的位置目标值使电机旋转达到相应的位置。在实际操作中，若位置目标值非常大，则控制装置根据位置目标值调整旋转角度参数使电机以最大速度和加速度旋转，以使电机快速达到位置目标值。然而，以最大速度和加速度旋转的电机在达到位置目标值之后，常常出现位置超调的问题。

如图1所示，图1示出了现有技术中电机旋转角度与时间的曲线示意图，其中，曲线b为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的理论曲线，曲线a为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的实际曲线，横坐标为电机旋转的时间(单位为min)，纵坐标为电机旋转的角度n＊360°(n的单位为转)。从图1中可以直接看出在区域C内曲线a出现位置超调的问题。特别地，在使用电机制备汽车零件过程中，若电机出现位置超调，则容易使采用电机制备的各种零件无法使用，由此，在对电机位置控制精度较高的生产领域，如何在位置目标值较大时，电机旋转不出现位置超调成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种控制电机位置超调的方法及控制装置，用以解决现有技术中电机旋转出现的位置超调问题，提高了电机旋转时的位置精度。

本发明一方面提供一种控制电机位置超调的方法，包括：

接收用户输入的电机需达到的位置目标值；

根据所述位置目标值、所述电机的预置参数、所述电机当前所在的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，所述第一位置曲线为与所述电机旋转时间对应的所述电机旋转角度的曲线，所述第一位置曲线的起始位置为所述电机当前所在的位置值，所述第一位置曲线的终止位置为所述电机的位置目标值；

根据所述第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，以使所述电机达到所述位置目标值。

本发明另一方面提供一种控制装置，包括：位置调制发生器和控制单元；

所述位置调制发生器，用于接收用户输入的电机需达到的位置目标值，并根据所述位置目标值、所述电机的预置参数、所述电机当前所在的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，所述第一位置曲线为与所述电机旋转时间对应的所述电机旋转角度的曲线，所述第一位置曲线的起始位置为所述电机当前所在的位置值，所述第一位置曲线的终止位置为所述电机的位置目标值；

所述控制单元，用于根据所述第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，以使所述电机达到所述位置目标值。

由上述技术方案可知，本发明的控制电机位置超调的方法及控制装置，通过位置目标值、电机的预置参数等确定电机旋转时不发生位置超调的第一位置曲线，进而根据所述第一位置曲线控制电机旋转的角度，由此可解决现有技术中电机旋转过程中的位置超调的问题，提高了电机旋转时的位置精度，有效延长了电机的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电机旋转角度与时间的曲线示意图；

图2为本发明一实施例提供的第一位置曲线的示意图；

图3为本发明一实施例提供的控制电机位置超调的方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的控制装置的结构示意图。

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。

结合图2和图3所示，图2示出了本发明一实施例提供的第一位置曲线的示意图，图3示出了本发明一实施例提供的控制电机位置超调的方法的流程示意图。控制电机位置超调的方法如下所述。

步骤301、控制装置接收用户输入的电机需达到的位置目标值。

本实施例中的位置目标值为大于等于电机的预置基准值的目标值，预置基准值为电机旋转角度中出现位置超调的角度临界值。本实施例中提及的位置目标值、位置值均为旋转角度。应了解的是，若位置目标值为小于电机的预置基准值，可采用现有的电机稳态系统的方式获取，也可适用本发明实施例中的方法获取。

步骤302、控制装置根据位置目标值、电机的预置参数、电机当前所在的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，第一位置曲线为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的曲线，第一位置曲线的起始位置为电机当前所在的位置值，第一位置曲线的终止位置为电机的位置目标值。

举例来说，预置参数可包括电机的额定转数、额定转矩、转动惯量等。优选地，步骤302中的第一位置曲线可通过公式(1)和(2)确定。ω_old＝角速度，其中ω_old≤ω_max(最大角速度)；α_old＝角加速度，其中α_old≤α_max(最大角加速度)；θ_old＝电机的当前位置值；θ_soll＝位置目标值

$e_{\mathrm{diff}}=e_{\mathrm{old}}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{old}}\·\frac{T_A}{T_2}+\frac{1}{2}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{old}}\·\frac{{T_A}^2}{T_1{T}_2}-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{soll}}---\left(1\right)$

$n=1+\sqrt{\frac{{2T}_1{T}_2}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{old}}\·{T_A}^2}\·\left|\right[e_{\mathrm{diff}}-\frac{T_A}{{2T}_2}({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{old}}-({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{old}}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{old}}\·\frac{T_A}{T_1}))\left]\right|}---\left(2\right)$

其中，T_A：系统采样时间即对应横坐标的时间；

J：转动惯量；Z_P：电机极对数；N_b：额定转数(转/分钟)；

M_b：额定转矩。

应了解的是，第一位置曲线还需要通过现有电机稳态系统中的位置传递函数进行线性补偿，以较好的确定不发生位置超调的第一位置曲线。

步骤303、控制装置根据第一位置曲线控制电机旋转的角度，以使电机达到位置目标值。

在实际执行中，控制装置根据第一位置曲线设置控制电机旋转的旋转角度参数和旋转时间参数，以实现控制电机旋转的角度。

举例来说，如图2所示，曲线b为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的理论曲线，曲线m为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的第一位置曲线m，曲线p为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的实际曲线即第二位置曲线p。其中，横坐标为电机旋转的时间(单位为min)纵坐标为电机旋转的角度n＊360°(n的单位为转)。

第一位置曲线m中位置目标值为280＊360°，位置初始值为0，角速度初始值为0，角加速度初始值为0，进而通过控制装置内的公式(1)和(2)确定电机旋转时不会出现位置超调的第一位置曲线，该第一位置曲线为计算的理论曲线。

可以从图2中直接看出的是，电机实际旋转的轨迹即第二位置曲线p与第一位置曲线相匹配，其未出现图1中所显示的位置超调的问题，进而本实施例中控制电机位置超调的方法可有效解决现有技术中电机旋转过程中的位置超调的问题，提高了电机旋转位置的精度，有效延长了电机的使用寿命。

进一步地，在步骤302之前，本实施例中控制电机位置超调的方法还包括图3未示出的步骤304，具体如下：

步骤304、控制装置获取电机当前的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度。

应了解的是，控制装置获取电机的位置值、角速度和角加速度的获取方式为现有的控制装置的获取方式，如可通过控制装置内的传感器检测电机当前的位置，控制装置内的速度控制环获取电机当前所具有的速度等。

由此，控制电机位置超调的方法通过位置目标值、电机的预置参数等确定电机旋转时不发生位置超调的第一位置曲线，进而根据第一位置曲线控制电机旋转的角度，可有效解决现有技术中电机旋转过程中的位置超调的问题。

以下实施例中所述的控制装置是使用上述控制电机位置超调的方法的控制装置，图4示出了本发明另一实施例提供的控制装置的结构示意图，如图4所示，控制装置包括：位置调制发生器41和控制单元42。

其中，位置调制发生器41用于接收用户输入的电机需达到的位置目标值，并根据位置目标值、电机的预置参数、电机当前所在的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，第一位置曲线为与电机旋转时间对应的电机旋转角度的曲线，第一位置曲线的起始位置为电机当前所在的位置值，第一位置曲线的终止位置为电机的位置目标值；控制单元42用于根据第一位置曲线控制电机旋转的角度，以使电机达到所述位置目标值。优选地，控制单元42具体用于根据第一位置曲线设置控制电机旋转的旋转角度参数和旋转时间参数，以控制电机旋转的角度。优选地，位置调制发生器内部设置有获取第一位置曲线的运行程序，例如但不限于，通过预置参数、用户输入的参数、上述公式(1)和公式(2)获得。

本实施例中，位置目标值为大于等于电机的预置基准值的目标值，预置基准值为电机旋转角度中出现位置超调的角度临界值。当然，在位置目标值为小于电机的预置基准值的目标值时，可以直接通过现有的控制装置的态系统控制电机的运转，也可以使用本发明实施例中的控制装置调整电机的运转。

进一步地，控制装置还包括：连接位置调制发生器的获取单元，该获取单元用于获取电机当前的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度，以便将获取的电机当前的位置值、电机当前所具有的角速度和电机当前所具有的角加速度发送至位置调制发生器。

由上述实施例可知，控制装置根据位置调制发生器获取的第一位置曲线，以使控制单元控制电机执行将第一位置曲线，进而可有效解决现有技术中电机旋转过程中的位置超调的问题，提高了电机旋转的位置精度，有效延长了电机的使用寿命。

需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种控制电机位置超调的方法，其特征在于，包括：

接收用户输入的电机需达到的位置目标值；

根据所述位置目标值、所述电机的预置参数、所述电机当前所在的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，所述第一位置曲线为与所述电机旋转时间对应的所述电机旋转角度的曲线，所述第一位置曲线的起始位置为所述电机当前所在的位置值，所述第一位置曲线的终止位置为所述电机的位置目标值；

根据所述第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，以使所述电机达到所述位置目标值。

2.根据权利要求1所述的控制电机位置超调的方法，其特征在于，所述位置目标值为大于等于所述电机的预置基准值的目标值，所述预置基准值为所述电机旋转角度中出现位置超调的角度临界值。

3.根据权利要求1所述的控制电机位置超调的方法，其特征在于，所述根据所述位置目标值、所述电机的预置参数、所述电机当前所在的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线之前，还包括：

获取所述电机当前的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的控制电机位置超调的方法，其特征在于，所述根据所述第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，包括：

根据所述第一位置曲线设置控制电机旋转的旋转角度参数和旋转时间参数，以控制所述电机旋转的角度。

5.一种控制装置，其特征在于，包括：位置调制发生器和控制单元；

所述位置调制发生器，用于接收用户输入的电机需达到的位置目标值，并根据所述位置目标值、所述电机的预置参数、所述电机当前所在的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度确定第一位置曲线，所述第一位置曲线为与所述电机旋转时间对应的所述电机旋转角度的曲线，所述第一位置曲线的起始位置为所述电机当前所在的位置值，所述第一位置曲线的终止位置为所述电机的位置目标值；

所述控制单元，用于根据所述第一位置曲线控制所述电机旋转的角度，以使所述电机达到所述位置目标值。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述位置目标值为大于等于所述电机的预置基准值的目标值，所述预置基准值为所述电机旋转角度中出现位置超调的角度临界值。

7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，还包括：获取单元，用于获取所述电机当前的位置值、所述电机当前所具有的角速度和所述电机当前所具有的角加速度。

8.根据权利要求5至7任一权利要求所述的控制装置，其特征在于，所述控制单元具体用于，根据所述第一位置曲线设置控制电机旋转的旋转角度参数和旋转时间参数，以控制所述电机旋转的角度。

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