CN108448963A - 一种电动舵机增量式pid控制方法及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动舵机增量式PID控制方法及其控制装置，包括处理器，处理器的输出控制电机的PWM信号，经过电平转换芯片隔离后与GAL器件连接，然后输出给功率驱动电路；功率驱动电路连接缓冲电路，缓冲电路连接直流电机；其中直流电机反馈位置信息，并且位置信息经过AD转换器采集之后发送给处理器，同时处理器接收到期望位置信息。能够在不增加硬件电路的前提下实现对瞬态电流进行限流，避免对供电母线造成损伤，并且对驱动模块内部功率器件进行保护。

Description

一种电动舵机增量式PID控制方法及其控制装置
技术领域
本发明属于自动控制技术领域；具体涉及一种电动舵机增量式PID控制方法及其控制装置。
背景技术
由于电机为感性负载，在快速启动以及频繁换向时，会产生瞬时大电流，当此电流超出一定范围时，会对供电母线造成损伤，同时有可能对功率驱动模块内部功率器件造成损坏。
目前是通过硬件电路增加电流传感器监测电动舵机输出电流采样值，通过与设定值进行比较，并且不断开通关断功率器件而达到限流的目的，但是电动舵机控制的要求越来越小型化，在固有空间内应该选用尽量少的元器件来实现电动舵机的小型化要求。
为了解决上述问题，需要设计一种电动舵机输出电流瞬态的控制方法。
发明内容
本发明提供了一种电动舵机增量式PID控制方法；该控制方法能够在不增加硬件电路的前提下实现对瞬态电流进行限流，避免对供电母线造成损伤，并且对驱动模块内部功率器件进行保护。
本发明还提供了一种电动舵机控制装置，该装置基于上述控制方法，能够使电流的增大过程趋于缓和，达到限流的目的，从而起到保护驱动模块内部功率器件的作用。
本发明的技术方案是：一种电动舵机增量式PID控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取舵机当前位置信息，并且通过AD芯片采集传输给处理器，处理器根据期望位置信息以及获取的位置信息输出PWM占空比变化量△，并且处理器中设定PWM预设限位值△`；
步骤S2，处理器将PWM占空比变化量△与PWM预设限位值△`进行比较，当△<△`时，PWM的输出以△为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；当△>△`时，PWM的输出以△`为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；
步骤S3，PWM经过功率驱动电路放大后，根据PWM占空比驱动直流电机进行正转、反转或者不转。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中步骤S3中当处理器中的期望位置信息与位置信息相等，处理器输出PWM占空比为50％，电机不转。
其中步骤S3中当处理器中的期望位置信息大于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机正转，且到达期望位置。
其中步骤S3中当处理器中的期望位置信息小于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机反转，且到达期望位置。
其中S2中PWM初始值为50％。
本发明的另一技术方案是：一种电动舵机控制装置，该控制装置基于上述的电动舵机增量式PID控制方法，包括处理器，处理器的输出控制电机的PWM信号，经过电平转换芯片隔离后与GAL器件连接，然后输出给功率驱动电路；功率驱动电路连接缓冲电路，缓冲电路连接直流电机；其中直流电机反馈位置信息，并且位置信息经过AD转换器采集之后发送给处理器，同时处理器接收到期望位置信息。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中直流电机上通过位置传感器获取直流电机当前的位置信息，并且通过运算放大器放大之后被AD转换器采集并发送给处理器。
其中AD转换器采集到位置信息之后通过电平转换发送给处理器。
其中处理器通过外部输入装置接收到期望位置信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：以固定增量的叠加方式按照0.1-0.5s的频率来逐步增大PWM的占空比，直到达到电机最终所设计占空比为止，有效的避免了电机一开始就以所设计的终值占空比进行动作而引起的瞬时大电流，对电动舵机快速启动及频繁换向时电流的瞬态增大进行抑制，以使电流的增大过程趋于缓和，达到限流目的，从而起到保护驱动模块内部功率器件的作用；该方法在不增加元器件的情况下限制瞬时大电流，保护了驱动模块内部功率器件。
本发明的有益效果还在于：实现上述控制方法的电动舵机控制装置，该装置运行安全性高，且该装置在不增加电流传感器的情况下实现限流的目的，从而保护了功率器件。
附图说明
图1为本发明中控制方法的流程示意图；
图2为本发明中控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种电动舵机增量式PID控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，首先对处理器的时钟和PWM脉冲信号进行初始化；处理器收到控制指令，即处理器收到对电机进行移动控制的期望位置信息；处理器通过AD芯片获取到舵机当前位置信息；然后处理器根据期望位置信息和获取到的位置信息输出PWM占空比变化量△，并且处理器中设定PWM预设限位值△`；
步骤S2，处理器将PWM占空比变化量△与PWM预设限位值△`进行比较。当△<△`时，PWM的输出以△为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；当△>△`时，PWM的输出以△`为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；其中PWM初始值为50％。
其中处理器设定的PWM预设限位值△`为10％，假设处理器输出的PWM占空比变化量△为8％，此时△<△`，则PWM的输出增量为8％，及PWM占空比＝50％+8％*(2-10)Hz；直到电机全速动作的PWM占空比90％。相应的假设PWM占空比变化量△为12％，此时△>△`，则PWM的输出增量为10％，及PWM占空比＝50％+10％*(2-10)Hz；直到电机全速动作的PWM占空比90％。
步骤S3，PWM经过功率驱动电路放大之后，根据PWM占空比驱动直流电机进行正转、反转或者不转。具体的，当处理器中的期望位置信息与位置信息相等，处理器输出PWM占空比为50％，电机不转；当处理器中的期望位置信息大于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机正转，且到达期望位置；当处理器中的期望位置信息小于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机反转，且到达期望位置。
本发明还提供了一种电动舵机控制装置，该装置采用上述电动舵机增量式PID控制方法，如图2所示，该控制装置包括处理器，处理器输出的PWM经过电平转换芯片隔离之后连接功率驱动模块，其中PWM信号经过电平转换芯片隔离之后与GAL器件连接，再连接功率驱动电路；功率驱动模块输出通过缓冲电路连接直流电机，其中直流电机优选为无刷直流电机；其中直流电机上还通过位置传感器获取其位置信息并且反馈给处理器；具体的，直流电机获取的位置信息通过运算放大处理和AD转换器转换，再通过电平转换电路反馈给处理器，同时处理器接收到期望位置信息，该期望位置信息为外部输入装置向处理器发送的位置指令。

Claims (9)

1.一种电动舵机增量式PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，获取舵机当前位置信息，并且通过AD芯片采集传输给处理器，处理器根据期望位置信息以及获取的位置信息输出PWM占空比变化量△，并且处理器中设定PWM预设限位值△`；
步骤S2，处理器将PWM占空比变化量△与PWM预设限位值△`进行比较，当△<△`时，PWM的输出以△为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；当△>△`时，PWM的输出以△`为增量由PWM初始值按照0.1-0.5s的频率增加，且至电机全速动作的PWM占空比；
步骤S3，PWM经过功率驱动电路放大后，根据PWM占空比驱动直流电机进行正转、反转或者不转。
2.根据权利要求1所述的电动舵机增量式PID控制方法，其特征在于，所述步骤S3中当处理器中的期望位置信息与位置信息相等，处理器输出PWM占空比为50％，电机不转。
3.根据权利要求1所述的电动舵机增量式PID控制方法，其特征在于，所述步骤S3中当处理器中的期望位置信息大于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机正转，且到达期望位置。
4.根据权利要求1所述的电动舵机增量式PID控制方法，其特征在于，所述步骤S3中当处理器中的期望位置信息小于位置信息，处理器输出PWM信号驱动电机反转，且到达期望位置。
5.根据权利要求1所述的电动舵机增量式PID控制方法，其特征在于，所述S2中PWM初始值为50％。
6.一种电动舵机控制装置，其特征在于，该控制装置基于如权利要求1所述的电动舵机增量式PID控制方法，包括处理器，处理器的输出控制电机的PWM信号，经过电平转换芯片隔离后与GAL器件连接，然后输出给功率驱动电路；功率驱动电路连接缓冲电路，缓冲电路连接直流电机；其中直流电机反馈位置信息，并且位置信息经过AD转换器采集之后发送给处理器，同时处理器接收到期望位置信息。
7.根据权利要求6所述的电动舵机控制装置，其特征在于，所述直流电机上通过位置传感器获取直流电机当前的位置信息，并且通过运算放大器放大之后被AD转换器采集并发送给处理器。
8.根据权利要求6或7任意一项所述的电动舵机控制装置，其特征在于，所述AD转换器采集到位置信息之后通过电平转换发送给处理器。
9.根据权利要求6所述的电动舵机控制装置，其特征在于，所述处理器通过外部输入装置接收到期望位置信息。
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