CN107634690A - 一种机电伺服系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种机电伺服系统，属于伺服控制技术领域；一种机电伺服系统，包括伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置，伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置依次建立连接关系，主控装置输出端通过反馈与伺服电机装置建立连接关系。本发明同时公开本系统的控制方法，包括参数确定、机电伺服系统建模和公式推导三个步骤。本发明的结构合理，通过对伺服电机的电流环进行PID调节、转速环进行PDFF+PI双调节模式调节，大大提高了机电伺服控制的控制精度。本发明自动化程度高，系统运行稳定性和可靠性高，使用寿命长，易于实现。
Description
技术领域
一种伺服系统及控制方法，属于伺服控制技术领域，主要涉及一种机电伺服系统及其控制方法。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，伺服电机以其高精度、高稳定性以及转速的精确控制被广泛应用在人们的日常生产中，成为了生产生活中不可或缺的高精度电机。然而，目前对伺服电机的控制主要对伺服电机的位置环和速度环进行PID调节，这种调节方式虽然可以实现对伺服电机的控制，但是控制精度低，稳定性差，不能满足人们的日常需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种机电伺服系统及其控制方法，结构简单、控制精度高、系统稳定性和可靠性高，使用寿命长。
本发明的目的是这样实现的：
一种机电伺服系统，包括伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置，其特征在于：所述伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置依次建立连接关系，主控装置输出端通过反馈与伺服电机装置建立连接关系。
所述主控装置包括依次建立连接关系的位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置和功率放大装置，位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置的输出端分别通过位置环、转速环和电流环与伺服电机装置建立连接关系。
所述位置控制装置包括位置检测传感器，所述位置检测传感器为旋转变压器，采用相位工作方式。
所述相位工作方式中相位角度为90度。
一种机电伺服系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，参数确定：确定机电伺服系统的位置环增益Kp、速度环增益Kv和电流环增益Ki。
所述位置环增益Kp和速度环增益Kv可表示为：
Kv＝cvωL
Kp＝cpωL
式中，cv和cp为控制器参数，ωL机械特征参数。
步骤二，机电伺服系统建模：根据机电伺服系统的特性，将原始的交叉耦合系统建立一个四阶模型。
为了获得期望的控制性能，整定机电伺服系统控制器参数时，可以对标准化的四阶模型采用极点配置的方法确定控制器参数，从工业机电伺服系统的应用来看，为了获得期望的控制性能，在选取控制器参数时，需要满足以下的条件：(1)标准化的四阶模型具有两个实极点和和一对共轭极点；(2)共轭极点的响应分量要比主导极点的响应分量要小；(3)共轭极点的振荡分量要比主导极点的响应分量收敛速度更快。
为了获得满足期望控制性能的伺服控制器参数cv和cp，需要分析标准四阶模型的斜坡响应，之所以选择斜坡响应主要是因为在几乎所有的工业机电伺服系统中，每个轴的运动指令都是斜坡信号。
步骤三，公式推导：通过步骤二中的机电伺服模型，通过数学推导得出传递函数公式，根据传递函数公式得到机电伺服系统的最优解，通过主控装置实现对机电伺服系统的控制。
步骤一所述电流环采用PID调节模式进行调节、转速环采用PDFF+PI双调节模式进行调节。
转速环控制器PDFF+PI是在PDFF控制器的前馈通道上增加比例和微分作用，有助于改善转速的动态跟踪特性，比例和微分作用的引入减小了控制系统的相位滞后，当选取不同的控制器参数时PDFF+PI可以表现出不同的控制器特征。
当参数选取合适时，在一定的频率范围内，其相频特性明显改善，最后在高频段趋于-90度，始终和-180度无交点，根据图2波特图可得到PDFF+PI控制系统的幅值裕度为无穷，而相位裕度为90度，带宽210Hz。
所述位置环增益Kp不大于Kv/6。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果，本发明的结构合理，通过对伺服电机的电流环进行PID调节、转速环进行PDFF+PI双调节模式调节，大大提高了机电伺服控制的控制精度。本发明自动化程度高，系统运行稳定性和可靠性高，使用寿命长，易于实现。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是本发明的PDFF+PI控制系统的波特图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
一种机电伺服系统，包括伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置，其特征在于：所述伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置依次建立连接关系，主控装置输出端通过反馈与伺服电机装置建立连接关系。
所述主控装置包括依次建立连接关系的位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置和功率放大装置，位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置的输出端分别通过位置环、转速环和电流环与伺服电机装置建立连接关系。
所述位置控制装置包括位置检测传感器，所述位置检测传感器为旋转变压器，采用相位工作方式。
所述相位工作方式中相位角度为90度。
一种机电伺服系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，参数确定：确定机电伺服系统的位置环增益Kp、速度环增益Kv和电流环增益Ki；
步骤二，机电伺服系统建模：根据机电伺服系统的特性，将原始的交叉耦合系统建立一个四阶模型；
步骤三，公式推导：通过步骤二中的机电伺服模型，通过数学推导得出传递函数公式，根据传递函数公式得到机电伺服系统的最优解，通过主控装置实现对机电伺服系统的控制。
步骤一所所述电流环采用PID调节模式进行调节、转速环采用PDFF+PI双调节模式进行调节。
当参数选取合适时，在一定的频率范围内，其相频特性明显改善，最后在高频段趋于-90度，始终和-180度无交点，根据图2波特图可得到PDFF控制系统的幅值裕度为无穷，而相位裕度为90度，带宽210Hz。
所述位置环增益Kp不大于Kv/6。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本发明的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种机电伺服系统，包括伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置，其特征在于：所述伺服电机装置、位置检测装置、光耦隔离装置、主控装置和上位机显示装置依次建立连接关系，主控装置输出端通过反馈与伺服电机装置建立连接关系。
2.根据权利要求1所述的一种机电伺服系统，其特征在于：所述主控装置包括依次建立连接关系的位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置和功率放大装置，位置控制装置、转速控制装置、电流控制装置的输出端分别通过位置环、转速环和电流环与伺服电机装置建立连接关系。
3.根据权利要求2所述的一种机电伺服系统，其特征在于：所述位置控制装置包括位置检测传感器，所述位置检测传感器为旋转变压器，采用相位工作方式。
4.根据权利要求3所述的一种机电伺服系统，其特征在于：所述相位工作方式中相位角度为90度。
5.一种机电伺服系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，参数确定：确定机电伺服系统的位置环增益Kp、速度环增益Kv和电流环增益Ki；
步骤二，机电伺服系统建模：根据机电伺服系统的特性，将原始的交叉耦合系统建立一个四阶模型；
步骤三，公式推导：通过步骤二中的机电伺服模型，通过数学推导得出传递函数公式，根据传递函数公式得到机电伺服系统的最优解，通过主控装置实现对机电伺服系统的控制。
6.根据权利要求5所述的一种机电伺服系统的控制方法，其特征在于：步骤一所所述电流环采用PID调节模式进行调节、转速环采用PDFF+PI双调节模式进行调节。
7.根据权利要求5所述的一种机电伺服系统的控制方法，其特征在于：所述位置环增益Kp不大于Kv/6。
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| CN201711109576.1A CN107634690A (zh) | 2017-11-11 | 2017-11-11 | 一种机电伺服系统及其控制方法 |
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| CN203457094U (zh) * | 2013-09-15 | 2014-02-26 | 新乡市夏烽电器有限公司 | 一种交流伺服永磁同步电机控制系统 |
| CN103713516A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-09 | 华中科技大学 | 一种基于pdff的交流伺服驱动器控制参数自整定方法 |
| CN103856132A (zh) * | 2013-09-15 | 2014-06-11 | 新乡市夏烽电器有限公司 | 一种交流伺服永磁同步电机控制系统 |
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