CN104201970B

CN104201970B - 一种伺服电机的速度控制方法及其控制装置

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Publication number: CN104201970B
Application number: CN201410349366.XA
Authority: CN
Inventors: 叶维民; 徐建民; 周德维; 丁繁轮
Original assignee: NINGBO YUNSHENG ELECTRONIC CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd; YUNSHENG HOLDING GROUP CO Ltd
Current assignee: NINGBO YUNSHENG ELECTRONIC CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd; YUNSHENG HOLDING GROUP CO Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN104201970A

Abstract

一种伺服电机的速度控制方法及其控制装置，包括伺服控制器、伺服电机、脚踏板传感器，通过定时采集脚踏板传感器输出的模拟量，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况给出用于控制伺服电机的给定转速。有效地提升了电机启动加速段和减速停车段的响应速度，从而有效地缩短了电机启动加速段和减速停车段所占用的时间，对于需要伺服电机频繁启停的工况中，工作效率的提升尤其显著。

Description

一种伺服电机的速度控制方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及一种伺服电机的速度控制方法，特别是涉及工业缝纫机伺服电机的速度控制方法。

背景技术

伺服电机具有调速范围大、动态响应快、过载能力强、控制精度高、功率密度大等特点，因此，目前伺服电机在工业缝纫机中得到越来越广泛的应用。

工业缝纫机普遍有快速启停的要求，电机的一个运行周期可分为三段：启动加速段、恒速运行段、减速停车段。往往启动加速段和减速停车段的时间占整个运行周期的比例较大，有时甚至出现没有恒速运行段的工况。因此，在不增加硬件成本的前提下，提升伺服电机启动加速段和减速停车段的响应速度成为当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的上述问题而提出了一种伺服电机的速度控制方法，在不增加硬件成本的前提下，提升伺服电机启动加速段和减速停车段的响应速度，从而减少这两段所占用的时间，最终达到提高系统工作效率的目的。

本发明的目的还根据提出的伺服电机的速度控制方法而提供一种伺服电机的速度控制装置，从而实现该伺服电机的速度控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种伺服电机的速度控制方法，通过定时采集脚踏板传感器输出的模拟量，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况给出用于控制伺服电机的给定转速。

上述模拟量采集和运算过程由伺服控制器中的处理器来实现。

由于脚踏板传感器的转动角度与输出的模拟电压成线性关系，因此上述伺服控制器采集到的脚踏板传感器输出的模拟量为脚踏板传感器的所处角度，通过脚踏板传感器的所处角度来控制伺服电机的停止、运转及转速。

上述伺服控制器中的处理器通过采集脚踏板传感器输出的模拟量数值，经分析来控制伺服电机的停止、运转及转速。

上述脚踏板传感器输出的模拟量为电压值，设定一定间隔时间连续采集其电压值并且计算相邻间隔的电压差值，判断最近几次连续间隔的电压差值。若该电压差值均大于设定的正电压差值，则判断为脚踏板快速下踩，此时，将加大控制伺服电机给定转速，以提高伺服电机的加速响应时间，从而缩短加速段的运行时间；若该电压差值均小于设定的负电压差值，则判断为脚踏板快速回踩，此时，将减少控制伺服电机给定转速，以提高伺服电机的减速响应时间，从而缩短减速段的运行时间；若该电压差值处于上述两种情况之外的值，则判断为脚踏板处于缓慢转动或停止转动状态，此时，按脚踏板传感器输出的模拟电压值输出正常的控制伺服电机给定转速。

上述伺服电机的运转速度由伺服控制器通过位置转速传感器来控制，位置转速传感器检测伺服电机的转速，反馈到伺服控制器，并由伺服控制器调节伺服电机的转速，使转速等于给定转速，从而保证伺服电机的稳定运行。

上述位置转速传感器最好安装在伺服电机上。

根据上述伺服电机的速度控制方法而提供一种伺服电机的速度控制装置，其包括伺服控制器、伺服电机、脚踏板传感器，伺服控制器定时采集脚踏板传感器输出的模拟量，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况控制伺服电机的转速。

上述伺服电机的速度控制装置还包括位置转速传感器，位置转速传感器检测伺服电机的转速，反馈到伺服控制器，并由伺服控制器调节伺服电机的转速，使转速等于给定转速。

上述位置转速传感器最好安装在伺服电机上。

本发明与现有技术相比具有如下优点：有效地提升了电机启动加速段和减速停车段的响应速度，从而有效地缩短了电机启动加速段和减速停车段所占用的时间，对于需要伺服电机频繁启停的工况中，工作效率的提升尤其显著。

附图说明

图1 工业缝纫机伺服电机的运行周期。

图2 本发明方法所涉及各部件的连接示意图。

图3 本发明方法所涉及实施例的脚踏板传感器的控制原理。

图4 本发明方法实施例的控制流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，工业缝纫机伺服电机的运行周期，包括启动加速段、恒速运行段和减速停车段。通常工业缝纫机在工作时需要频繁启停，来完成缝制工艺。某些特殊工艺，在一个运行周期中伺服电机只旋转了2-3转，操作工通过快速来回踩动脚踏板传感器来完成操作。此时，伺服电机的加速和减速响应的快慢程度将直接影响到缝纫的工作效率及缝纫的可操作性。

本发明的伺服电机的速度控制装置如图2所示，其包括伺服控制器2、伺服电机3、脚踏板传感器1。

脚踏板传感器1是一种角度传感器,输出的模拟电压跟转过的角度成线性关系。脚踏板传感器输出的模拟电压信号给伺服控制器2，控制伺服电机3的停止、运转及转速。

上述伺服电机的速度控制装置，还在伺服电机上安装位置转速传感器4，通过位置转速传感器4测量电机的转速，并将转速信号反馈给伺服控制器，由伺服控制器判断转速是否发生变化，来实现伺服电机的稳定运行，通常位置转速传感器和伺服电机安装在一起。

脚踏板传感器的控制原理，脚踏板传感器是一种角度传感器,输出的模拟电压跟转过的角度成线性关系。如图3所示，脚踏板的转过角度θ与输出的模拟电压V成线性关系。当脚踏板松开时，脚踏板在复位弹簧的作用下，脚踏板传感器的转过角度θ为0度，输出的模拟电压为V0，由于V0< Vs，因此伺服电机停止转动；向前踩下脚踏板，当脚踏板传感器的转过角度为θs时，输出的模拟电压为Vs；继续向前踩下脚踏板，当脚踏板传感器的转过角度大于θs时，同时输出的模拟电压也大于Vs，伺服电机开始转动；再继续向前踩下脚踏板，输出的模拟电压继续变大，伺服电机的转速也同步变高；当脚踏板的转动角度不变时，伺服电机的转速也不变；相反，脚踏板逐渐后踩时，脚踏板传感器的转过角度逐渐变小，同时输出的模拟电压也逐渐变小，伺服电机的转速也由高变低，直至停转。

本发明一种伺服电机的速度控制方法，通过定时采集脚踏板传感器输出的模拟电压，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况给出用于控制伺服电机的给定转速。整个数据采集和运算过程通过伺服控制器中的处理器来实现。

本发明方法实施例的控制流程图如图4所示，以下对此进行详细说明。

步骤SC4-00:当系统上电时，对有符号变量进行初始化v1,v2,v3=0，设定常量：采集间隔时间ΔT和脚踏板传感器输出的模拟电压变化量ΔV，然后执行步骤SC4-01。变量v1,v2,v3为按时间先后顺序记录脚踏板传感器输出的电压值，其中采集的间隔时间为ΔT。例如：变量v3为t0时刻采集到的电压值，变量v2为（t0+ΔT）时刻采集到的电压值，变量v1为（t0+2*ΔT）时刻采集到的电压值。

步骤SC4-01:判断采集间隔时间（ΔT）计数器是否到，如果间隔时间ΔT还没到，则继续等待。如果间隔时间ΔT到了，则间隔时间计数器清零，同时执行步骤SC4-02。

步骤SC4-02:采集脚踏板传感器输出的模拟电压值v0，并依据v0按比例关系计算出对应的参考转速Vref，如果模拟电压值v0小于等于Vs时，参考转速Vref为零（电机停转）。然后执行步骤SC4-03。

步骤SC4-03:更新变量的值：v1＝v0，v2＝v1，v3＝v2；并计算：Δv1＝v1－v2，Δv2＝v2－v3。然后执行步骤SC4-04。

步骤SC4-04:判断条件（Δv1>ΔV）且（Δv2>ΔV）是否成立。如果条件成立，判断为脚踏板快速下踩，控制伺服电机给定转速为2*Vref；然后返回执行步骤SC4-01。如果条件不成立，则执行步骤SC4-05。

步骤SC4-05:判断条件（Δv1<-ΔV）且（Δv2<-ΔV）是否成立。如果条件成立，判断为脚踏板快速回踩，控制伺服电机给定转速为Vref/2；然后返回执行步骤SC4-01。如果条件不成立，则执行步骤SC4-06。

步骤SC4-06:判断为脚踏板处于缓慢转动状态或停止状态，控制伺服电机给定转速为Vref。然后返回执行步骤SC4-01。

通过上述实施例的控制流程图说明可以分析得到：在伺服电机处于停车或低速运转时，当脚踏板快速下踩时，伺服控制器通过增加电机的给定转速，提高电机加速响应速度，从而缩短启动加速段的运行时间。

同理，在伺服电机高速运转时，当脚踏板快速后踩时，伺服控制器通过减小电机的给定转速，提高电机减速响应速度，从而缩短减速停车段的运行时间。

上述伺服电机的速度控制方法，在不增加硬件成本的前提下，提升伺服电机启动加速段和减速停车段的响应速度，从而减少这两段所占用的时间，最终达到提高系统工作效率的目的。

Claims

1.一种伺服电机的速度控制方法，其特征在于：通过定时采集脚踏板传感器输出的模拟量，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况给出用于控制伺服电机的给定转速；所述脚踏板传感器输出的模拟量为电压值，设定一定间隔时间连续采集其电压值并且计算相邻间隔的电压差值，判断最近几次连续间隔的电压差值；情形一：若该电压差值均大于设定的正电压差值，则判断为脚踏板快速下踩，此时，将加大控制伺服电机给定转速；情形二：若该电压差值均小于设定的负电压差值，则判断为脚踏板快速回踩，此时，将减少控制伺服电机给定转速；若该电压差值处于上述两种情形之外的值，则判断为脚踏板处于缓慢转动或停止转动状态，此时，按脚踏板传感器输出的模拟电压值输出正常的控制伺服电机给定转速。

2.如权利要求1所述的伺服电机的速度控制方法，其特征在于：所述的模拟量采集和运算过程由伺服控制器中的处理器来实现。

3.如权利要求1或2所述的伺服电机的速度控制方法，其特征在于：所述伺服电机的运转速度由伺服控制器通过位置转速传感器来控制，位置转速传感器检测伺服电机的转速，反馈到伺服控制器，并由伺服控制器调节伺服电机的转速，使转速等于给定转速。

4.如权利要求3所述的伺服电机的速度控制方法，其特征在于：所述位置转速传感器安装在伺服电机上。

5.一种伺服电机的速度控制装置，其特征在于：包括伺服控制器、伺服电机、脚踏板传感器，伺服控制器定时采集脚踏板传感器输出的模拟量，并分析采集到的模拟量数值及变化量，根据模拟量数值的大小和模拟量数值变化状况控制伺服电机的转速；所述脚踏板传感器输出的模拟量为电压值，设定一定间隔时间连续采集其电压值并且计算相邻间隔的电压差值，判断最近几次连续间隔的电压差值；情形一：若该电压差值均大于设定的正电压差值，则判断为脚踏板快速下踩，此时，将加大控制伺服电机给定转速；情形二：若该电压差值均小于设定的负电压差值，则判断为脚踏板快速回踩，此时，将减少控制伺服电机给定转速；若该电压差值处于上述两种情形之外的值，则判断为脚踏板处于缓慢转动或停止转动状态，此时，按脚踏板传感器输出的模拟电压值输出正常的控制伺服电机给定转速。

6.如权利要求5所述的伺服电机的速度控制装置，其特征在于：所述伺服电机的速度控制装置还包括位置转速传感器，位置转速传感器检测伺服电机的转速，反馈到伺服控制器，并由伺服控制器调节伺服电机的转速，使转速等于给定转速。

7.如权利要求6所述的伺服电机的速度控制装置，其特征在于：所述位置转速传感器安装在伺服电机上。