CN105978432A - 一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法 - Google Patents

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CN105978432A CN201610288304.1A CN201610288304A CN105978432A CN 105978432 A CN105978432 A CN 105978432A CN 201610288304 A CN201610288304 A CN 201610288304A CN 105978432 A CN105978432 A CN 105978432A
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黄继业
刘雷
高明煜
钟开锋
曾毓
何志伟
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Abstract

本发明涉及一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法。在各轴电流环计算开始计算时，分别将相电流数据准备好，从而将电流采样时延有效的控制到最小；同时采用单个载波周期内双次采样双占空比即时更新的办法，在10kHz的开关管频率下实现了20kHz的电流环调整率，将计算时延有效控制到最小；这些设计方法使得六轴工业机器人各电流环带宽得到了显著扩展，各轴均有着良好的响应性能。

Description

一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法
技术领域
本发明涉及工业机器人控制领域，尤其涉及一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法。
背景技术
六轴工业机器人的交流伺服驱动器一般由位置环、速度环和电流环构成，这三环是串联的关系，其中电流环是最内环，调节频率也最高，其响应带宽直接制约着速度环和位置环的性能表现。因此，设计高性能的电流环往往着重于拓宽电流环带宽。常规的电流环设计方案中，每个PWM载波周期内采样一次电流信号再经过PI控制器进行调节，然后在下个PWM周期开始时刻更新占空比，这种方法实现简单，对微控制器的要求也最低，但是电流环带宽频率一般不超过500Hz。拓展电流环带宽的方法主要有两种：一种是提高PWM载波频率；另一种方法是减小主控芯片的计算时延和相电流采样时延。提高PWM载波会带来功率管损耗的上升和成本的增加，故交流伺服驱动器的PWM载波频率大都仍固定为10kHz左右，而设法减小时延的策略则得到研究和重视。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法。
一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法包括以下步骤：
步骤(1):PWM计数器上溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n次相电流采样；
步骤(2):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
所述t0为触发双ADC采集到第一个轴相电流采集完成的时间，为了减小电流采样时延，必须每个轴执行电流环计算时，相电流数据必须准备好，因为相邻两个轴各相的电流采集完成时间相隔1us，故从双ADC采集开始到各轴相电流采集完成的时间不一样，但存在一个确定的关系式：双ADC采样开始至k轴采样完成的时间为t0+(k-1)*1000ns，根据这个时间分别开始各轴电流环的计算，即减少了电流采样时延，也保证了各轴之间的独立性；
步骤(3):经过计算时间t1后，k轴第n次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(4):第n次比较匹配，即PWM第n次更新；所述比较匹配是指根据电流环的计算结果得到开关管的10kHz PWM高电平持续时间；
步骤(5):PWM计数器下溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n+1次相电流采样；
步骤(6):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
步骤(7):经过计算时间t1后，k轴第n+1次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(8):第n+1次比较匹配，即PWM第n+1次更新，至此在10kHz的功率管开关频率内完成了2次PWM更新；
步骤(9):重复步骤(1)至步骤(8)；
所述PWM计数器为周期100us的双斜坡计数器。
所述双ADC的每个ADC均使用六个通道，且ADC的采样频率为1MHz，即同一个ADC相邻通道采样完成时间相隔1us；
所述ADC1的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的U相电流，ADC2的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的V相电流，ADC1和ADC2相对应的通道均是同时完成采样，即U相电流和V相电流采样同步；
所述t0的测量方法为，每次上电启动六轴工业机器人时，通过定时器捕捉第一次双ADC触发到第一个轴相电流采集完成的时间，记为t0；
有益效果：本发明在各轴电流环计算开始计算时，分别将相电流数据准备好，从而将电流采样时延有效的控制到最小；同时采用单个载波周期内双次采样双占空比即时更新的办法，在10kHz的开关管频率下实现了20kHz的电流环调整率，将计算时延有效控制到最小；这些设计方法使得六轴工业机器人各电流环带宽得到了显著扩展，各轴均有着良好的响应性能。实验证明，各轴电流环带宽均能提高至1.46kHz。
附图说明
图1是本发明的方法实现时序图
具体实施方式
如图1所示，一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法包括以下步骤：
一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法包括以下步骤：
步骤(1):PWM计数器上溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n次相电流采样；
步骤(2):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
所述t0为触发双ADC采集到第一个轴相电流采集完成的时间，为了减小电流采样时延，必须每个轴执行电流环计算时，相电流数据必须准备好，因为相邻两个轴各相的电流采集完成时间相隔1us，故从双ADC采集开始到各轴相电流采集完成的时间不一样，但存在一个确定的关系式：双ADC采样开始至k轴采样完成的时间为t0+(k-1)*1000ns，根据这个时间分别开始各轴电流环的计算，即减少了电流采样时延，也保证了各轴之间的独立性；
步骤(3):经过计算时间t1后，k轴第n次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(4):第n次比较匹配，即PWM第n次更新；所述比较匹配是指根据电流环的计算结果得到开关管的10kHz PWM高电平持续时间；
步骤(5):PWM计数器下溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n+1次相电流采样；
步骤(6):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
步骤(7):经过计算时间t1后，k轴第n+1次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(8):第n+1次比较匹配，即PWM第n+1次更新，至此在10kHz的功率管开关频率内完成了2次PWM更新；
步骤(9):重复步骤(1)至步骤(8)。
所述PWM计数器为周期100us的双斜坡计数器。
所述双ADC的每个ADC均使用六个通道，且ADC的采样频率为1MHz，即同一个ADC相邻通道采样完成时间相隔1us。
所述ADC1的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的U相电流，ADC2的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的V相电流，ADC1和ADC2相对应的通道均是同时完成采样，即U相电流和V相电流采样同步。
所述t0的测量方法为，每次上电启动六轴工业机器人时，通过定时器捕捉第一次双ADC触发到第一个轴相电流采集完成的时间，记为t0。
所述PWM包括功率开关管上管PWM_P和与之对称的下管PWM_N,它们均是比较匹配后的PWM_ref经过死区补偿得到的。

Claims (5)

1.一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1):PWM计数器上溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n次相电流采样；
步骤(2):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
所述t0为触发双ADC采集到第一个轴相电流采集完成的时间；
步骤(3):经过计算时间t1后，k轴第n次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(4):第n次比较匹配，即PWM第n次更新；所述比较匹配是指根据电流环的计算结果得到开关管的10kHz PWM高电平持续时间；
步骤(5):PWM计数器下溢且触发双ADC的ADC1和ADC2进行第n+1次相电流采样；
步骤(6):经过t0+(k-1)*1000ns后，k轴U相电流和V相电流采样完成，开始计算比较匹配值，1≤k≤6；
步骤(7):经过计算时间t1后，k轴第n+1次计算结束且比较寄存器更新完成，1≤k≤6；
步骤(8):第n+1次比较匹配，即PWM第n+1次更新，至此在10kHz的功率管开关频率内完成了2次PWM更新；
步骤(9):重复步骤(1)至步骤(8)。
2.根据权利要求1所述的一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法，其特征在于：所述PWM计数器为周期100us的双斜坡计数器。
3.根据权利要求1所述的一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法，其特征在于：所述双ADC的每个ADC均使用六个通道，且ADC的采样频率为1MHz，即同一个ADC相邻通道采样完成时间相隔1us。
4.根据权利要求1所述的一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法，其特征在于：所述ADC1的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的U相电流，ADC2的六个通道分别采集六轴工业机器人每个轴的V相电流，ADC1和ADC2相对应的通道均是同时完成采样，即U相电流和V相电流采样同步。
5.根据权利要求1所述的一种提高六轴工业机器人电流环带宽的方法，其特征在于：所述t0的测量方法为，每次上电启动六轴工业机器人时，通过定时器捕捉第一次双ADC触发到第一个轴相电流采集完成的时间，记为t0。
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