CN108448996A - 一种高精度可调的伺服电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度可调的伺服电机的控制方法，步骤一、划分若干转速区间和温度区间；步骤二、记录伺服电机转速在各个转速区间时，各个温度区间下的电流偏差值随转子位置变化的曲线图；步骤三、进行伺服电机参数自整定；步骤四、提供一可充电电池组，在电池组输出端正负极之间设置一电容；步骤五、在电容的两端分别设置有三个逆变电路；三个逆变电路的输出第二端上的电压相序相差120°；步骤六、将伺服电机电源输入端连接至三相交流电源，实时采集伺服电机的三相输入相电压和相电流，当任意一相输入相电压超过设定电压范围时，则切换三个逆变电路的输出第二端作为伺服电机的输入电源。本发明解决了伺服电机控制精度无法进一步提高的技术问题。

Description

一种高精度可调的伺服电机的控制方法

技术领域

本发明涉及伺服电机控制技术领域，具体涉及一种高精度可调的伺服电机的控制方法。

背景技术

现有技术对伺服电机的控制中，通常采用电流闭环控制环来进行控制，但在这种控制方式中，没有事先消除因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出差异，导致伺服电机的控制精度下降，伺服电机的自身参数变化包括伺服电机参数摄动、电机摩擦阻力的变化、转动惯性的变动、电流传感器噪声等因素造成的电流输出干扰，另外供电电压不稳定也会造成伺服电机控制精度的下降。

因此，消除因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出差异和输入电源的波动对伺服电机的精确控制至关重要。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种高精度可调的伺服电机的控制方法，有效消除因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出差异以及输入电源的波动对伺服电机控制造成的影响，解决了伺服电机控制精度无法进一步提高的技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种高精度可调的伺服电机的控制方法，包括：

步骤一、划分若干转速区间和温度区间；

步骤二、将伺服电机的定、转子温度逐渐升高至每一个温度区间内，记录伺服电机转速在各个转速区间时，各个温度区间下的电流偏差值随转子位置变化的曲线图，其中转子位置为横坐标，电流偏差值为纵坐标，电流偏差值为伺服电机输入电流与定子实际电流之间的差值；

步骤三、根据在不同转速区间、温度区间、转子位置下的电流偏差值来进行伺服电机参数自整定；

步骤四、提供一可充电电池组，该电池组的充电终止电压值为伺服电机额定电压的倍，所述电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，在所述电池组输出端正负极之间设置一电容；

步骤五、在所述电容的两端分别设置有三个逆变电路，将三个所述逆变电路的输出第一端共接，或者将第一个所述逆变电路的输出第一端连接第三个所述逆变电路的输出第二端、第二个所述逆变电路的输出第一端连接第一个所述逆变电路的输出第二端、第三个所述逆变电路的输出第一端连接第二个所述逆变电路的输出第二端；三个所述逆变电路的输出第二端上的电压相序相差120°；

步骤六、将伺服电机电源输入端连接至三相交流电源，实时采集伺服电机的三相输入相电压和相电流，当任意一相输入相电压超过设定电压范围时，则切换三个所述逆变电路的输出第二端作为伺服电机的输入电源驱动伺服电机运转，直到三相交流电源的相电压满足所述设定范围时，重新切换所述三相交流电源作为伺服电机的输入电源。

优选的，所述步骤二中，将伺服电机的定、转子温度逐渐升高至每一个温度区间，在每一个温度区间内，逐渐升高伺服电机的转速，记录一个完整旋转周期内电流偏差值随转子位置变化的曲线图，从而获知在不同转速区间、温度区间内，电流偏差值与转子位置的对应关系；

优选的，所述步骤三中，根据电流偏差值与转子位置的对应关系，生成一修正电流信号，根据所述修正电流信号来修正伺服电机输入电流，将修正后的输入电流作为伺服电机最终的输入电流，以完成伺服电机参数自整定过程。

优选的，所述步骤六中，初始时刻，将伺服电机的电源输入端与所述三相交流电源连接，通过电流闭环来控制伺服电机运行。

优选的，当测量到三相交流电源中至少有一相输入相电压超过设定电压范围时，则将所述三相交流电源从供电线路中切除，同时将三个所述逆变电路的输出第二端连接至伺服电机的电源端，通过所述逆变电路的输出电压来稳定伺服电机的输入电压，通过所述充电器将所述电池组的输出电压保持在充电终止电压值。

优选的，当三相交流电源的相电压重新满足所述设定范围时，将三个所述逆变电路从供电线路中切除，将伺服电机的电源输入端重新与三相交流电源连接。

优选的，所述电池组和电容分别有三个，每个所述电池组分别通过一所述充电器连接在电源上，每一个所述电容对应连接一个逆变电路。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1、本发明有效消除因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出响应差异，提高了对伺服电机的控制精度；

2、通过稳定输入电源来消除电压波动对伺服电机控制造成的影响，进一步提高了对伺服电机的控制精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的逆变电路的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-2所示，本发明提供了一种高精度可调的伺服电机的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据伺服电机的转速范围等间距划分若干转速区间，根据伺服电机的工作温度范围等间距划分若干温度区间；划分的区间范围越小，对生成的各个温度区间下的电流偏差值随转子位置变化的曲线图越精确，也就是伺服电机参数自整定结果更为精准，进而可以提高对伺服电机的控制精度，具体的可以根据伺服电机参数情况来划分转速区间和温度区间。

步骤二、将伺服电机的定、转子绕组温度逐渐升高至每一个温度区间内，具体的可以将温度升高至每一个温度区间的中间值，定、转子绕组的升温方法可以通过加热伺服电机的工作环境通过热传递来加温整个电机，或者通过对伺服电机定子加电流使得定、转子温升至目标温度区间。当从低温升至高温过程中，在每一个温度区间内，通过三相交流电源为伺服电机提供电源，控制伺服电机运转，逐渐升高伺服电机的转速，直到达到最高转速区间的中间值。记录在每个温度区间内，从最低转速区间到最高转速区间，伺服电机以每个转速区间中间值运转时，记录转子旋转一个完整旋转周期内，也就是旋转一周，电流偏差值随转子位置变化的曲线图，也就是转子从初始位置开始旋转，直到完整的旋转一周后，记录电流偏差值与转子转动角度之间的对应关系图，也就是获知了在不同转速区间、温度区间内，电流偏差值与转子位置的对应关系，其中转子位置为横坐标，电流偏差值为纵坐标，电流偏差值为伺服电机输入电流与定子实际电流之间的差值。

控制器通过一检测电路采集所述伺服电机的输出电信号，并反馈至控制器中，具体的检测电路采集伺服电机定子各相电压、电流及相位信号，伺服驱动电路用于控制伺服电机的运转，采集检测电路采集到的电流信号即为伺服电机定子实际电流，与伺服驱动电路输出的电流差值即为电流偏差值。

步骤三、根据在不同转速区间、温度区间、转子位置下的电流偏差值来进行伺服电机参数自整定。具体的，实时记录伺服电机的输入电流和伺服电机定子上的实际电流，即实时的电流偏差值，根据电流偏差值与转子位置的对应关系，生成一修正电流信号，该修正电流信号大小与此时的电流偏差值对应，根据所述修正电流信号来修正伺服电机输入电流，将修正后的输入电流作为伺服电机最终的输入电流，以完成伺服电机参数自整定过程。具体的，将该修正电流信号反馈至伺服电机控制，生成一修正电流，并反馈至伺服电机电源输入端，生成修正后的输入电流，以校正因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出响应差异，提高了对伺服电机的控制精度。

伺服电机参数自整定完成后，当对伺服电机进行电流控制时，伺服控制器自动将对应的修正电流加入到伺服电机的输入电流中，即可消除伺服电机自身参数变化而引起的电机输出响应差异。

步骤四、提供一可充电电池组，该电池组的充电终止电压值为伺服电机额定电压的倍，将所述电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，使得电池组两端电压保持在伺服电机额定电压的倍，并且在所述电池组输出端正负极之间设置一电容，该电容两端的电压与电池组两端电压保持一致，也就是伺服电机额定电压的倍，该电容也起到稳定电池组输出电压的作用。

步骤五、在所述电容的两端分别设置有三个逆变电路，逆变电路采用的是单相逆变电路，逆变电路控制端通过逆变驱动电路连接伺服电机控制器，同时将三个所述逆变电路的输出第一端共接，也即是形成“星接”结构，或者将第一个所述逆变电路的输出第一端连接第三个所述逆变电路的输出第二端、第二个所述逆变电路的输出第一端连接第一个所述逆变电路的输出第二端、第三个所述逆变电路的输出第一端连接第二个所述逆变电路的输出第二端，也就是形成“角接”结构；伺服电机控制器通过逆变驱动电路控制每两个所述逆变电路的输出第二端上的电压相序相差120°，通过单独控制每个逆变电路形成一个合成三相交流源，并可以改变合成三相交流源的相序、幅度、相位。

步骤六、初始时刻，将伺服电机的电源输入端与所述三相交流电源连接，伺服电机控制器根据参考电信号来控制伺服驱动器的输出电流，通过电流闭环来控制伺服电机运行，通过电机参数自整定后，伺服电机控制器通过电流闭合精确控制伺服电机的运行。

实时采集伺服电机的三相输入相电压和相电流，当测量到三相交流电源中至少有一相输入相电压超过设定电压范围时，则将所述三相交流电源从供电线路中切除，同时将三个所述逆变电路的输出第二端连接至伺服电机的电源端，通过合成三相交流电源来为伺服电机供电，通过所述逆变电路的输出电压来稳定伺服电机的输入电压，通过所述充电器将所述电池组的输出电压保持在充电终止电压值，也即是有效稳定了合成三相交流电源的输出电压，不会随电源的波动而波动，通过控制三个所述逆变电路的输出电压来控制伺服电机的运转，具体可根据三个所述逆变电路的输出端的接法和参考电信号的大小来控制逆变电路的输出电压，避免对伺服电机的电流控制受到输入电压波动的影响，从而进一步提高了对伺服电机的控制精度。

当三相交流电源的相电压重新满足所述设定范围时，将三个所述逆变电路从供电线路中切除，将伺服电机的电源输入端重新与三相交流电源连接。

另一种实施例中，所述电池组和电容分别有三个，每个所述电池组分别通过一所述充电器连接在电源上，每一个所述电容对应连接一个逆变电路，以降低每个逆变电路之间的干扰。

由上所述，本发明有效消除因伺服电机自身参数变化而引起的电机输出响应差异，提高了对伺服电机的控制精度；通过稳定输入电源来消除电压波动对伺服电机控制造成的影响，进一步提高了对伺服电机的控制精度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、划分若干转速区间和温度区间；

步骤二、将伺服电机的定、转子温度逐渐升高至每一个温度区间内，记录伺服电机转速在各个转速区间时，各个温度区间下的电流偏差值随转子位置变化的曲线图，其中转子位置为横坐标，电流偏差值为纵坐标，电流偏差值为伺服电机输入电流与定子实际电流之间的差值；

步骤三、根据在不同转速区间、温度区间、转子位置下的电流偏差值来进行伺服电机参数自整定；

步骤四、提供一可充电电池组，该电池组的充电终止电压值为伺服电机额定电压的倍，所述电池组的输入端通过一充电器连接在一电源上，在所述电池组输出端正负极之间设置一电容；

步骤五、在所述电容的两端分别设置有三个逆变电路，将三个所述逆变电路的输出第一端共接，或者将第一个所述逆变电路的输出第一端连接第三个所述逆变电路的输出第二端、第二个所述逆变电路的输出第一端连接第一个所述逆变电路的输出第二端、第三个所述逆变电路的输出第一端连接第二个所述逆变电路的输出第二端；三个所述逆变电路的输出第二端上的电压相序相差120°；

步骤六、将伺服电机电源输入端连接至三相交流电源，实时采集伺服电机的三相输入相电压和相电流，当任意一相输入相电压超过设定电压范围时，则切换三个所述逆变电路的输出第二端作为伺服电机的输入电源驱动伺服电机运转，直到三相交流电源的相电压满足所述设定范围时，重新切换所述三相交流电源作为伺服电机的输入电源。

2.如权利要求1所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，所述步骤二中，将伺服电机的定、转子温度逐渐升高至每一个温度区间，在每一个温度区间内，逐渐升高伺服电机的转速，记录一个完整旋转周期内电流偏差值随转子位置变化的曲线图，从而获知在不同转速区间、温度区间内，电流偏差值与转子位置的对应关系。

3.如权利要求2所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，所述步骤三中，根据电流偏差值与转子位置的对应关系，生成一修正电流信号，根据所述修正电流信号来修正伺服电机输入电流，将修正后的输入电流作为伺服电机最终的输入电流，以完成伺服电机参数自整定过程。

4.如权利要求3所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，所述步骤六中，初始时刻，将伺服电机的电源输入端与所述三相交流电源连接，通过电流闭环来控制伺服电机运行。

5.如权利要求4所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，当测量到三相交流电源中至少有一相输入相电压超过设定电压范围时，则将所述三相交流电源从供电线路中切除，同时将三个所述逆变电路的输出第二端连接至伺服电机的电源端，通过所述逆变电路的输出电压来稳定伺服电机的输入电压，通过所述充电器将所述电池组的输出电压保持在充电终止电压值。

6.如权利要求5所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，当三相交流电源的相电压重新满足所述设定范围时，将三个所述逆变电路从供电线路中切除，将伺服电机的电源输入端重新与三相交流电源连接。

7.如权利要求6所述的高精度可调的伺服电机的控制方法，其特征在于，所述电池组和电容分别有三个，每个所述电池组分别通过一所述充电器连接在电源上，每一个所述电容对应连接一个逆变电路。