CN108111085A - 一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法 - Google Patents
一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法，该方法包括：获取PLC输出的初始脉冲指令和从动轮上预设的第一编码器的信号；对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。本申请在上述全闭环位置控制过程中，无需利用PLC进行信号处理，相对于现有技术，能够有效地提升电气传动设备的位置控制精度以及响应速度，从而对生产效率有很大的提高。
Description
技术领域
本发明涉及电气传动技术领域，特别涉及一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法。
背景技术
在目前的许多电气传动设备，如钢筋折弯机中，均包括主动轮和从动轮。其中，主动轮由电机通过齿轮箱驱动，从动轮通过与钢筋的摩擦动作驱动。由于主动轮与钢筋可能存在打滑现象，导致工件加工精度不能保证。现有的钢筋折弯机通常使用半闭环模式来进行位置控制，或者使用PLC(PLC，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)来做全闭环的位置控制。半闭环模式对一些要求较高的场合，精度不能满足要求。而采用PLC进行全闭环位置控制时，从动轮的编码器信号需要经过PLC处理后，再利用上述PLC的处理结果控制变频器执行，由于这种方式存在时延，导致位置控制精度较差，响应速度较慢，从而影响加工效率。
综上所述可以看出，如何提升电气传动设备的位置控制精度以及响应速度是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法，有效地提升了电气传动设备的位置控制精度以及响应速度。其具体方案如下：
第一方面，本发明公开了一种电机控制方法，应用于变频器中，包括：
获取PLC输出的初始脉冲指令和从动轮上预设的第一编码器的信号；
对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；
对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；
将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；
将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
可选的，所述对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度的步骤，包括：
对所述初始脉冲指令的电子齿轮比进行调整，得到调整后指令；
对所述调整后指令进行滤波，得到所述位置给定值；
对所述位置给定值进行前馈滤波以及前馈增益，得到所述前馈速度。
可选的，所述对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值的步骤，包括：
根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
可选的，所述电机控制方法，还包括：
对所述第一编码器和/或第二编码器进行线路保护处理；
其中，所述线路保护处理包括断线保护和/或反向保护。
可选的，所述电机控制方法，还包括：
当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
可选的，所述半闭环位置控制方式包括：
获取主动轮上预设的第二编码器的信号；
对所述第二编码器的信号进行处理，并将当前处理后得到的位置反馈信息与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成半闭环位置控制。
第二方面，本发明公开了一种变频器，包括：
脉冲指令获取模块，用于获取PLC输出的初始脉冲指令；
编码器信号获取模块，用于获取从动轮上预设的第一编码器的信号；
前馈速度确定模块，用于对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；
位置反馈值确定模块，用于对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；
位置控制模块，用于将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；
速度给定值获取模块，用于将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
可选的，所述位置反馈值确定模块，具体用于根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
可选的，所述变频器，还包括：
控制方式切换模块，用于当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
第三方面，本发明公开了一种电气传动设备，包括电机、主动轮、从动轮以及PLC，还包括：
设置在所述从动轮上的第一编码器；
设置在所述主动轮上的第二编码器；
与所述第一编码器、所述第二编码器、所述PLC和所述电机连接的如前述公开的变频器。
可见，本发明中的电机控制方法是一种应用于变频器的方法，也即，该方法中的所有步骤均是在变频器中完成的，其中，本发明预先在从动轮上预先设置了第一编码器，然后在变频器内对上述第一编码器的信号进行处理，从而得到相应的位置反馈值，后续利用该位置反馈值展开全闭环位置控制，由于上述全闭环位置控制过程中，无需利用PLC进行信号处理，由此相对于现有技术，能够有效地提升电气传动设备的位置控制精度以及响应速度，从而对生产效率有很大的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电机控制方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种具体的电机控制方法流程图；
图3为本发明实施例公开的一种基于全闭环位置控制的电机控制流程图；
图4为本发明实施例公开的一种变频器结构示意图；
图5为本发明实施例公开的一种电气传动设备的应用示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明公开的技术方案是应用在电气传动设备中，该电气传动设备包括主动轮和从动轮。其中，主动轮由电机通过齿轮箱驱动，从动轮通过与传动对象的摩擦动作驱动。具体的，上述电气传动设备包括但不限于钢筋折弯机。
参见图1所示，本发明实施例公开了一种电机控制方法，应用于电气传动设备内的变频器中，该方法包括：
步骤S11：获取PLC输出的初始脉冲指令和从动轮上预设的第一编码器的信号。
步骤S12：对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度。
步骤S13：对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值。
步骤S14：将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度。
步骤S15：将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
可见，本发明实施例中的电机控制方法是一种应用于变频器的方法，也即，该方法中的所有步骤均是在变频器中完成的，其中，本发明预先在从动轮上预先设置了第一编码器，然后在变频器内对上述第一编码器的信号进行处理，从而得到相应的位置反馈值，后续利用该位置反馈值展开全闭环位置控制，由于上述全闭环位置控制过程中，无需利用PLC进行信号处理，由此相对于现有技术，能够有效地提升了电气传动设备的位置控制精度以及响应速度，从而对生产效率有很大的提高。
在前述实施例的基础上，本发明实施例公开了一种具体的电机控制方法，参见图2所示，该方法包括：
步骤S21：获取PLC输出的初始脉冲指令和从动轮上预设的第一编码器的信号。
步骤S22：对所述初始脉冲指令的电子齿轮比进行调整，得到调整后的指令，对所述调整后的指令进行滤波，得到所述位置给定值，然后对所述位置给定值进行前馈滤波以及前馈增益，得到所述前馈速度。
步骤S23：根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
步骤S24：将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度。
步骤S25：将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
进一步的，本发明实施例中的电机控制方法，还可以包括：
对所述第一编码器和/或第二编码器进行线路保护处理。
其中，所述线路保护处理包括但不限于断线保护和/或反向保护。
本发明实施例中，当任意编码器所在线路上出现异常时，还可以根据异常类型，产生相应的检修提示。
进一步的，本发明实施例中的电机控制方法，还可以包括：
当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
具体的，上述所述半闭环位置控制方式可以包括：
获取主动轮上预设的第二编码器的信号，然后对所述第二编码器的信号进行处理，并将当前处理后得到的位置反馈信息与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成半闭环位置控制。
参见图3所示，图3示出了本发明公开的一种基于全闭环位置控制的电机控制流程图，PLC输出初始脉冲指令之后，对初始脉冲指令的电子齿轮比进行调整，得到调整后指令，然后对调整后指令进行滤波，得到位置给定值，接着对位置给定值进行前馈滤波以及前馈增益，得到前馈速度，并且当第一编码器能够正常工作的时候，本实施例采取的位置控制方式是全闭环位置控制方式，此时需要利用传动比、第一编码器的分辨率和第二编码器的分辨率来确定位置反馈值，对位置反馈值和位置给定值进行比较之后，经过位置环增益和输出限幅操作，得到相应的位置环调节速度，接下来将位置环调节速度与前馈速度进行叠加，叠加后的速度作为速度控制的速度给定值，最后基于速度给定值与速度反馈值之间的差异来进行速度控制，需要指出的是，在图3中，ff为与前馈速度对应的电机频率，Δf为与位置环调节速度对应的电机频率，f*为与速度给定值对应的电机频率，f为与速度反馈值对应的电机频率；当第一编码器出现故障后，本实施例会将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
相应的，本发明实施例还公开了一种变频器，参见图4所示，该系统包括：
脉冲指令获取模块11，用于获取PLC输出的初始脉冲指令；
编码器信号获取模块12，用于获取从动轮上预设的第一编码器的信号；
前馈速度确定模块13，用于对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；
位置反馈值确定模块14，用于对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；
位置控制模块15，用于将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；
速度给定值获取模块16，用于将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
其中，所述位置反馈值确定模块14，具体用于根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
进一步的，本发明实施例中的变频器，还可以包括：
控制方式切换模块，用于当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
进一步的，本发明实施例还公开了一种电气传动设备，包括电机、主动轮、从动轮以及PLC，还包括：
设置在所述从动轮上的第一编码器；
设置在所述主动轮上的第二编码器；
与所述第一编码器、所述第二编码器、所述PLC和所述电机连接的如前述实施例公开的变频器。
在一种具体实施方式中，上述电气传动设备可以是钢筋折弯机，该钢筋折弯机的具体应用过程如图5所示。图5中，PLC向变频器输出初始脉冲指令，接着变频器产生相应的电机控制指令，并向电机发送上述电机控制指令，以控制电机转动，从而带动主动轮和从动轮转动，实现对钢材进行折弯的目的，图5中，G表示发电机，M表示电机。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种电气传动设备、变频器及其电机控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种电机控制方法，其特征在于，应用于变频器中，包括：
获取PLC输出的初始脉冲指令和从动轮上预设的第一编码器的信号；
对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；
对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；
将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；
将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度的步骤，包括：
对所述初始脉冲指令的电子齿轮比进行调整，得到调整后指令；
对所述调整后指令进行滤波，得到所述位置给定值；
对所述位置给定值进行前馈滤波以及前馈增益，得到所述前馈速度。
3.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值的步骤，包括：
根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mi>N</mi>
<mo>*</mo>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>Res</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>Res</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
4.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：
对所述第一编码器和/或第二编码器进行线路保护处理；
其中，所述线路保护处理包括断线保护和/或反向保护。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：
当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
6.根据权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述半闭环位置控制方式包括：
获取主动轮上预设的第二编码器的信号；
对所述第二编码器的信号进行处理，并将当前处理后得到的位置反馈信息与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成半闭环位置控制。
7.一种变频器，其特征在于，包括：
脉冲指令获取模块，用于获取PLC输出的初始脉冲指令；
编码器信号获取模块，用于获取从动轮上预设的第一编码器的信号；
前馈速度确定模块，用于对所述初始脉冲指令进行处理，得到前馈速度；
位置反馈值确定模块，用于对所述第一编码器的信号进行处理，得到相应的位置反馈值；
位置控制模块，用于将所述位置反馈值与根据所述初始脉冲指令确定的位置给定值进行比较以完成全闭环位置控制，并得到相应的位置环调节速度；
速度给定值获取模块，用于将所述前馈速度和所述位置环调节速度进行叠加，以得到用于对电机的速度进行全闭环控制的速度给定值。
8.根据权利要求7所述的变频器，其特征在于，
所述位置反馈值确定模块，具体用于根据预设的信号处理公式，对所述第一编码器的信号进行处理，得到位置反馈值；其中，所述信号处理公式为：
<mrow>
<mi>S</mi>
<mo>=</mo>
<mi>N</mi>
<mo>*</mo>
<mi>i</mi>
<mo>*</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>Res</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>Res</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中，S表示所述位置反馈值，N表示所述第一编码器的信号对应的脉冲数，i表示传动比，Resa表示所述第一编码器的分辨率，Resb表示主动轮上预设的第二编码器的分辨率。
9.根据权利要求7或8所述的变频器，其特征在于，还包括：
控制方式切换模块，用于当监测到所述第一编码器出现故障，则将位置控制方式由当前的全闭环位置控制方式切换至半闭环位置控制方式。
10.一种电气传动设备，包括电机、主动轮、从动轮以及PLC，其特征在于，还包括：
设置在所述从动轮上的第一编码器；
设置在所述主动轮上的第二编码器；
与所述第一编码器、所述第二编码器、所述PLC和所述电机连接的如权利要求7至9任一项所述的变频器。
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