CN107809193A - 一种电机的运行控制方法、装置及电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电机控制领域，公开了一种电机的运行控制方法、装置及电机驱动器。该电机的运行控制方法，应用于电机，包括：获取给定的角度位置信息；将所述给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；比较所述计数脉冲数与所述角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；根据所述位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。本发明中，为避免指令脉冲不稳定而提供一种简单可靠的位置控制方式，使得电机在运行过程中准确执行控制命令，并运行到达指定的角度。

Description

一种电机的运行控制方法、装置及电机驱动器

技术领域

本发明实施例涉及电机控制领域，特别涉及一种电机的运行控制方法、装置及电机驱动器。

背景技术

伺服驱动器是用于控制伺服电机的一种控制器，随着计算机技术和半导体技术的发展，全数字伺服系统控制越来越灵活。现有的伺服驱动器一般是通过位置、速度和电流三闭环控制算法对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：当前的交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置三闭环控制算法。常用的位置控制设定通常采用指令脉冲模式，上位机(PLC)向驱动器发送脉冲列，即具有设定频率和数量的脉冲序列，驱动器根据输入脉冲列来操作伺服电机进行转速和转动量运行，正确的执行上位机发出的脉冲指令信号。当伺服驱动器的输入脉冲不稳定，会导致输入脉冲丢失现象，或出现脉冲指令取反现象。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种电机的运行控制方法、装置及电机驱动器，能够避免指令脉冲不稳定对电机控制造成的影响，使得电机在运行过程中准确执行控制命令，并运行到达指定的角度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电机的运行控制方法，应用于电机驱动器，包括以下步骤：

获取给定的角度位置信息；

将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；

根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；

比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；

根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

本发明的实施方式还提供了一种电机的运行控制装置，包括：

获取模块，用于获取给定的角度位置信息；

转换模块，用于将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；

定时计数模块，用于根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；

比较模块，用于比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；

驱动模块，用于根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

本发明的实施方式还提供了一种电机驱动器，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述实施方式中所述的电机的运行控制方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，将角度位置信息直接给定到驱动器，由驱动器将角度位置信息转换为角度脉冲数，成本低且实现简单，根据定时器的周期中断时间获取的计数脉冲数与角度脉冲数确定位置指令，驱动器根据位置指令运行到指定的位置，避免了驱动器直接得到脉冲指令时脉冲不稳定使得电机不能运动到达指定位置的现象。本实施方式中，通过位置指令驱动电机运行，且位置指令是根据定时器的周期中断时间获得，避免驱动器直接获得大量的脉冲信号时脉冲不稳定对电机造成影响，从而保证驱动器能可靠的执行位置指令进而控制电机运行到指定的角度位置。

另外，获取给定的角度位置信息之前，驱动器位置控制方法还包括：设置定时器的周期中断时间。

在给定角度位置信息之前设置定时器的周期中断时间，定时器被触发之后将角度脉冲数与计数脉冲数比较输出位置指令，避免驱动器直接得到脉冲信号时脉冲不稳定而在位置实现中出现偏差。

另外，比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令中，具体包括：若确定计数脉冲数小于角度脉冲数，则输出的位置指令增加1；若确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，则输出的位置指令增加0。

另外，根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置中，具体包括：获取电机当前的角度位置值，并将当前的角度位置值转换为反馈脉冲数；将位置指令与反馈脉冲数的差值发送到位置环增益；根据位置环增益的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

将电机当前的角度位置值转换为反馈脉冲数，通过反馈脉冲数与位置指令进行比较，保证驱动器输出驱动信号进行电机运行控制，避免电机运行位置与给定出现偏差。

另外，若确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，则输出的位置指令增加0之后，该电机的运行控制方法还包括：停止定时器周期中断计数。

对于已到达给定位置的电机，为避免驱动器被位置环的信号影响出现位置偏差，停止定时器的周期中断计数。

另外，该电机的运行角度控制装置还包括：预设模块；预设模块，用于设置定时器的周期中断时间。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明第一实施方式中电机的运行控制方法流程图；

图2是本发明第二实施方式中电机的运行控制方法流程图；

图3是本发明第二实施方式中电机的运行控制方法的电路结构示意图；

图4是本发明第三实施方式中电机的运行控制装置结构示意图；

图5是本发明第四实施方式中电机的运行控制装置结构示意图；

图6是本发明第五实施方式中电机驱动器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

需要说明的是，在驱动器的控制中包括位置、电流和速度三闭环的控制算法对电机进行控制，其中，位置环控制电机的运行角度位置，本发明实施方式中仅是有关位置环的控制方法的说明。

本发明的第一实施方式涉及一种电机的运行控制方法。应用于电机驱动器，具体流程如图1所示。

步骤101：获取给定的角度位置信息。

具体的，给定的角度位置信息是人为通过上位机给出的电机的角度位置值，或者，电机启动以及停止时的具体的角度位置值，是驱动器直接获得的角度值。其中，给定的角度位置信息可以为偏差角度值或目标角度值。相对于现有技术而言，直接根据给定角度位置信息进行位置控制更加方便，以及在需要定位的环境中(也就是将电机固定在一定的角度时)，直接将需要定位的角度位置信息给定驱动器即可，实现更加方便快速。

步骤102：将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数。

将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数。具体的，位置环是将角度位置转化为编码器的脉冲数，根据电机中使用的编码器的类型转化为对应数量的脉冲数，在一个具体的实现中，角度位置信息为180°，若对应光电编码器为2500线，通过倍频(一般为4倍频)可实现10000个脉冲。因此，角度位置信息180°对应的脉冲数为5000个。

步骤103：根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数。

需要说明的是，在步骤101之前还包括：设置定时器的周期中断时间。其中，在定时器的周期中断时间内记录定时器产生的脉冲数，并保存该脉冲数的值。在一个具体的实现中，在一次定时器的周期中断时间之后计算计数脉冲数，并在下一次定时器的周期中断时间之后将脉冲数累加到之前的计数脉冲数，且定时器中固定时间产生的脉冲数为定值。

具体的，在定时器的周期中断时间之后获取的是总的计数脉冲数，也就是说在定时器每一次的周期中断时间获得的计数脉冲数为定值，累加器将所有周期中断时间的脉冲数相加作为计数脉冲数并输出。

步骤104：比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令。

具体的，驱动器的位置环获取的计数脉冲数为周期中断时间的累计值，将该计数脉冲数与角度脉冲数比较，若确定计数脉冲数小于角度脉冲数，则输出的位置指令增加1；若确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，则输出的位置指令增加0。

在一个具体的实现中，当给定的角度位置信息固定时，角度脉冲数是固定的脉冲数。在定时器工作的过程中，计数脉冲数不断增加，每经过一个周期中断时间则输出一个位置指令，在第一次周期中断时间之后位置指令为1，第二次周期中断时间之后，计数脉冲数小于角度脉冲数，则位置指令增加1，所以，此时位置指令实际为2。需要说明的是，在计数脉冲数小于角度脉冲数之前，每经过一个周期中断时间，位置指令增加1。

步骤105：根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

具体的，位置指令每增加1，则位置环输出对应的信息，电机根据驱动器输出的位置指令动作，最终在位置指令的作用下运行到给定的角度位置。

在一个具体的实现中，位置环的控制方式为：接收给定的角度位置信息，将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数，定时器被触发周期中断计数开始，每周期中断时间之后将计数脉冲数与角度脉冲数相比较，当计数脉冲数小于角度脉冲数时输出的位置指令增加1，使得驱动器根据位置指令控制电机到给定的角度位置。

需要说明的是，在确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，输出位置指令增加0，且停止定时器周期中断计数。进一步的，定时器的计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，说明电机在驱动器的控制下到达了给定的角度位置信息，此时，位置指令不再增加，也就不再作用于电机，定时器周期中断结束。

相对于现有技术而言，本发明实施方式中将角度位置信息直接给定到驱动器，由驱动器将角度位置信息转换为角度脉冲数，成本低且实现简单，根据定时器的周期中断时间获取的计数脉冲数与角度脉冲数确定位置指令，驱动器根据位置指令运行到指定的位置，避免了驱动器直接得到脉冲指令时脉冲不稳定使得电机不能运动到达指定位置的现象。本实施方式中，通过位置指令驱动电机运行，且位置指令是根据定时器的周期中断时间获得，避免驱动器直接获得大量的脉冲信号时脉冲不稳定对电机造成影响，从而保证驱动器能可靠的执行位置指令进而控制电机运行到指定的角度位置。

本发明的第二实施方式涉及一种电机的运行控制方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第二实施方式中，具体说明了如何根据位置指令驱动电机运行到给定角度位置。具体实施步骤如图2所示。

步骤201：获取给定的角度位置信息。

步骤202：将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数。

步骤203：根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数。

步骤204：比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令。

需要说明的是，步骤201至步骤204与第一实施方式中的步骤101至步骤104相同，不再赘述。

步骤205：获取电机当前的角度位置值，并将当前的角度位置值转换为反馈脉冲数。

具体的，电机中的编码器能够记录电机转过的角度以及电机的位置信息，编码器会将当前电机的角度信息转换为电信号，并将电信号转化为脉冲信号。在一个具体实现中，驱动器根据电机上的编码器获取电机当前的角度位置并将当前角度位置转化为脉冲数，该脉冲数作为反馈脉冲数，使得驱动器可根据电机当前的角度位置确定给定的角度脉冲数对电机的控制情况，避免电机运行过程中出现位置偏差。

步骤206：将位置指令与反馈脉冲数的差值发送到位置环增益。

具体的，电机的位置环增益能控制电机运行位置的精度，在机床位置的运行中，增益越高，系统位置的跟随误差就会越小，进而提高控制精度。需要说明的是，位置环增益越高，系统响应时间就越短，误差也越小，但实际设计中需要考虑系统的物理硬件设备条件，以及该系统对控制精度的要求。

优选的，本发明的位置环增益为比例控制，若位置环增益过高也会引起系统震荡或超调，因此，选择比例控制设置合适的增益值，保证位置环相应速度较快和控制精度较高。

步骤207：根据位置环增益的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

具体的，在位置环增益输出的控制信号即为位置环的输出，如图3中的电路框图所示，通过上位机将给定的角度位置信息发送到位置环，根据电机中编码器的线数将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数，通过定时器的中断，实现周期中断时间中计数脉冲数与角度脉冲数的比较，当计数脉冲数小于给定角度脉冲数时，位置指令增加1，当计数脉冲数等于或大于角度脉冲数时，位置指令增加0；在位置环的反馈中，通过编码器获取电机当前的位置信号(电机当前的角度位置值)，且编码器给出的是当前电机位置的脉冲数，将该脉冲数作为反馈脉冲数，通过比较器比较位置指令和反馈脉冲数的差值，当位置指令小于反馈脉冲数输出一个脉冲信号，当位置指令大于或等于反馈脉冲数则停止输出脉冲信号。将输出信号发送到位置环增益，其中，位置指令减去反馈脉冲数的值为比较器的输出，位置环增益放大比较器的输出信号并作用于电机，使电机运行到达给定的角度位置。

需要说明的是，图3中的结构是一种功能性结构的示意说明，在实际中该模块可能为一个物理的电路模块，或逻辑电路，也可以是多个电路模块的组合，具体不限制该电路的形式和结构。引入电机当前的角度位置作为反馈信号，能避免电机持续的在一个角度上控制电机动作，也有效避免了电机出现角度位置偏差，提高电机运行精度。

相对于现有技术而言，本实施方式中，位置指令用于驱动器对电机的控制，位置指令直接控制电机运行会出现角度位置误差，因此，通过引入反馈信号避免位置环控制电机运行过程中与给定角度位置信息的偏差，设置适当的位置环增益能提高位置环的响应速度，减小跟随误差，进而提高系统的稳定性。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种电机的运行控制装置，如图4所示，包括：获取模块401、转换模块402、定时计数模块403、比较模块404和驱动模块405。

获取模块401，用于获取给定的角度位置信息；

转换模块402，用于将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；

定时计数模块403，用于根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；

比较模块404，用于比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；

驱动模块405，用于根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

优选的，该电机的运行控制装置还包括：停止模块；其中，该停止模块，用于停止定时器周期中断计数。

具体的，比较模块404用于，若确定计数脉冲数小于角度脉冲数，则输出的位置指令增加1；若确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，则输出的位置指令增加0

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第四实施方式涉及一种电机的运行控制装置。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第四实施方式中，还包括预设模块400。具体结构如图5所示。

预设模块400，用于设置定时器的周期中断时间。

具体的，图5中的其他模块实现的具体功能与第三实施方式中的具体功能相同，不在赘述。

具体的，驱动模块405，还用于获取电机当前的角度位置值，并将当前的角度位置值转换为反馈脉冲数；将位置指令与反馈脉冲数的差值发送到位置环增益；根据位置增益环的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本发明第五实施方式涉及一种电机驱动器，包括：存储器601、至少一个处理器602。其结构如图6所示，该至少一个的存储器601与该处理器602通信连接。

存储器601用于存储可被该至少一个处理器执行的指令；

处理器602用于执行该存储器中存储的指令。

处理器602还用于执行第一和第二实施方式中有关电机的运行控制方法的执行步骤。

具体的，处理器602用于：获取给定的角度位置信息；将给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；比较计数脉冲数与角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；根据位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

具体的，处理器602用于：若确定计数脉冲数小于角度脉冲数，则输出的位置指令增加1；若确定计数脉冲数大于或等于角度脉冲数，则输出的位置指令增加0。

具体的，处理器602用于：获取电机当前的角度位置值，并将当前的角度位置值转换为反馈脉冲数；将位置指令与反馈脉冲数的差值发送到位置环增益；根据位置环增益的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电机的运行控制方法，应用于电机驱动器，其特征在于，包括：

获取给定的角度位置信息；

将所述给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；

根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；

比较所述计数脉冲数与所述角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；

根据所述位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

2.根据权利要求1所述的电机的运行控制方法，其特征在于，所述获取给定的角度位置信息之前，所述驱动器位置控制方法还包括：

设置所述定时器的周期中断时间。

3.根据权利要求1所述的电机的运行控制方法，其特征在于，所述比较所述计数脉冲数与所述角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令中，具体包括：

若确定所述计数脉冲数小于所述角度脉冲数，则输出的位置指令增加1；

若确定所述计数脉冲数大于或等于所述角度脉冲数，则输出的位置指令增加0。

4.根据权利要求1所述的电机的运行控制方法，其特征在于，所述根据所述位置指令驱动电机运行到给定的角度位置中，具体包括：

获取所述电机当前的角度位置值，并将所述当前的角度位置值转换为反馈脉冲数；

将所述位置指令与所述反馈脉冲数的差值发送到位置环增益；

根据所述位置环增益的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

5.根据权利要求3所述的电机的运行控制方法，其特征在于，所述若确定所述计数脉冲数大于或等于所述角度脉冲数，则输出的位置指令增加0之后，所述电机的运行控制方法还包括：

停止所述定时器周期中断计数。

6.一种电机的运行控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取给定的角度位置信息；

转换模块，用于将所述给定的角度位置信息转换为角度脉冲数；

定时计数模块，用于根据定时器的周期中断时间获取计数脉冲数；

比较模块，用于比较所述计数脉冲数与所述角度脉冲数，并根据比较结果输出位置指令；

驱动模块，用于根据所述位置指令驱动电机运行到给定的角度位置。

7.根据权利要求6所述的电机的运行控制装置，其特征在于，电机的运行角度控制装置还包括：预设模块；

所述预设模块，用于设置所述定时器的周期中断时间。

8.根据权利要求6所述的电机的运行控制装置，其特征在于，所述比较模块具体用于：

若确定所述计数脉冲数小于所述角度脉冲数，则所述输出的位置指令增加1；

若确定所述计数脉冲数大于或等于所述角度脉冲数，则输出的位置指令增加0。

9.根据权利要求6所述的电机的运行控制装置，其特征在于，所述驱动模块具体用于：

获取所述电机当前的角度位置值，并将所述当前的角度位置值转换为反馈脉冲数；

将所述位置指令与所述反馈脉冲数的差值发送到位置环增益；

根据所述位置增益环的输出信号驱动电机运行到给定的角度位置。

10.一种电机驱动器，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-5任一所述的电机的运行控制方法。