CN108762064A - 一种伺服驱动器的速度平滑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伺服驱动器的速度平滑方法，包括：获得位置环控制周期；获得速度环控制周期；根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系；获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；根据所述M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为M个速度环控制周期的各输出速度。解决现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。达到了有效减少速度环的超调，改善了位置跟踪性能的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及伺服驱动器技术领域，尤其涉及一种伺服驱动器的速度平滑方法。
背景技术
在工业控制领域，伺服驱动器广泛应用于自动化设备中伺服电机的控制，伺服驱动器控制的控制性能决定了自动化设备的运动性能。通常，伺服驱动器在控制逻辑上由3个环组成：位置环、速度环、电流环。位置环的输入为外部控制器提供的位置命令，通常为设备在一个控制周期的位移量，控制器通过脉冲数或者现场总线发送到位置环的输入端。位移量作为位置环的给定，与来自编码器反馈的实际位置进行比较，再经过位置环的调节输出到速度环。速度环接收位置环的输出和反馈的实际速度进行比较后的差值，通过速度环调节输出到电流环。电流环的输入和电流反馈值进行比较后的差值在通过调节输出给电机，电流环的输出为伺服电机各相的相电流。通常，控制器的每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给速度环的速度不连续，在每一个控制周期内，速度环接收到的速度命令是一个阶跃值，速度环的输出将出现超调，速度环的超调将导致系统的位置跟踪性能变差，通常的做法是对接收到的位移数据进行平滑滤波。
但本申请发明人在实现本发明技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
现有技术中，滤波虽然可以提高伺服电机运行的平滑性能，但不可避免都会产生位置信号的时延，最终还会导致位置跟踪性能变差的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种伺服驱动器的速度平滑方法，用以解决现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。
本发明提供了一种伺服驱动器的速度平滑方法，所述方法包括：获得位置环控制周期；根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。
优选的，所述方法还包括：根据所述M个速度环控制周期的输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得位移量，所述位移量为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个位移量；根据所述位移量、所述输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得第一位移量、第二位移量，所述第一位移量为所述输出速度V小于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量，所述第二位移量为所述输出速度V大于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量。
优选的，所述方法还包括：所述第一位移量等于所述第二位移量。
优选的，所述方法还包括：所述细分速度阶跃值其中X为余数。
优选的，所述方法还包括：所述M为10。
优选的，所述方法还包括：当Z＝0时，V＝ΔV；当Z≥1时，V0＝Z，V1＝2Z，V2＝3Z，V3＝ΔV+X，V4-6＝ΔV+Z，V7-8＝ΔV+X，V9＝ΔV。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、在本发明实施例提供的一种伺服驱动器的速度平滑方法，所述方法包括：获得位置环控制周期；根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。解决了现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。达到了利用所述速度环控制周期大大快于所述位置环控制周期的特点，将所述位置环给定的速度阶跃值进行细分，降低了阶跃幅值，从而有效减少速度环的超调，改善了伺服驱动器的位置跟踪性能的技术效果。
2、本申请实施例通过所述第一位移量等于所述第二位移量。解决了每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给速度环的速度不连续，系统的位置跟踪性能变差的技术问题，达到了保证在一个位置环控制周期内的位移量和给定量相等，有利于位置跟踪精度的技术效果。
3、本申请实施例通过所述细分速度阶跃值其中X为余数。进一步解决了现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。达到了速度超调减少3倍，速度环输出速度平滑，减小速度超调，从而可以大大提高速度和位置跟踪精度的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例的一种伺服驱动器的速度平滑方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中一个位置环控制周期的速度规划方法的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种伺服驱动器的速度平滑方法，解决了现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。
本发明实施例中的技术方法，总体思路如下：获得位置环控制周期；根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。达到了利用所述速度环控制周期大大快于所述位置环控制周期的特点，将所述位置环给定的速度阶跃值进行细分，降低了阶跃幅值，从而有效减少速度环的超调，改善了伺服驱动器的位置跟踪性能的技术效果。
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。
实施例一
图1为本发明实施例中一种伺服驱动器的速度平滑方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：
步骤10：获得位置环控制周期；
具体而言，伺服驱动器在控制逻辑上通常由3个环组成，分别为：位置环、速度环、电流环，相应的每个组件都具有各自的控制周期，所述控制周期为各组件完成一次完整操作所需要的时间。应理解，所述伺服驱动器又称为"伺服控制器"、"伺服放大器"，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
步骤20：根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；
步骤30：根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；
具体而言，通常伺服驱动器的速度环控制周期大大快于所述位置环控制周期，根据所述速度环控制周期与所述位置环控制周期获得两者之间的周期时间关系，具体为：获得所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的多少倍，举例而言，当所述位置环控制周期为1ms，所述速度环控制周期为0.1ms，那么所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的10倍，所述M就为10，那么一个位置环控制周期中就包含了10个速度环控制周期。
步骤40：获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；
具体而言，通常伺服驱动器的控制器在每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给速度环的速度不连续，在每一个控制周期内，速度环接收到的速度命令是一个阶跃值ΔV，所述控制器在每个控制周期内给定的位移量，与实际反馈位置比较后，经位置调节运算，输出所述速度阶跃值ΔV。
步骤50：根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；
进一步的，所述方法还包括：所述细分速度阶跃值其中X为余数。
具体而言，由于所述控制器的每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给所述速度环的速度不连续，在每一个控制周期内，所述速度环接收到的速度命令是一个阶跃值ΔV，对于高刚度速度环调节器，所述速度环的输出将出现超调现象，所述速度环的超调将导致系统的位置跟踪性能变差，通常的做法是对接收到的位移数据进行平滑滤波，不过进行平滑滤波虽然可以提高伺服电机运行的平滑性能，但不可避免都会产生位置信号的时延，最终还会导致位置跟踪性能变差。所述超调的计算公式为：其中MP为超调，0＜ξ＜1，ΔV为速度阶跃值，ξ为阻尼比。从所述超调计算公式可以看出所述超调与所述速度阶跃值ΔV成正比，因而若减小ΔV就可以减小超调量，因而本实施例通过将所述位置环给定的速度阶跃值进一步细分，从而降低阶跃幅值，改善伺服驱动器的位置跟踪性能。具体为：对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分，令其中X为余数。按照本发明实施例中的控制参数进行计算，可以达到速度超调减少3倍，速度环输出速度平滑，减小速度超调，从而可以大大提高速度和位置跟踪精度的技术效果。
步骤60：根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。
进一步的，所述方法还包括：所述M为10。
进一步的，所述方法还包括：当Z＝0时，V＝ΔV；当Z≥1时，V0＝Z，V1＝2Z，V2＝3Z，V3＝ΔV+X，V4-6＝ΔV+Z，V7-8＝ΔV+X，V9＝ΔV。
具体而言，根据所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的倍数M，设位置环的控制周期为1ms，速度环的控制周期为0.1ms，所述位置环比所述速度环控制周期大10倍即M＝10，在一个所述位置环控制周期内存在10个速度环控制周期，如图2所示，也就是说将所述位置环控制周期分为了10份，设定所述速度环的输出速度命令为V，且V≥0为例，其中t为周期时间，当进一步速度阶跃值Z为0时，在所述位置环控制周期内，即t为0-9时，令V＝ΔV；当Z≥1时，则t为0时，V0＝Z；当t为1时，V1＝2Z；当t为2时，V2＝3Z；当t为3时，V3＝ΔV+X；当t为4-6时，V4-6＝ΔV+Z；当t为7-8时，V7-8＝ΔV+X；当t为9时，V9＝ΔV，分别得出了一个所述位置环控制周期内的M个速度环控制周期的各个输出速度命令。解决了现有技术中控制器的每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给速度环的速度不连续，在每个控制周期内速度环接收到的速度命令为一个阶跃值ΔV，速度环的输出将出现超调，速度环的超调将导致系统的位置跟踪性能变差的技术问题，达到了利用所述速度环控制周期大大快于所述位置环控制周期的特点，将所述位置环给定的速度阶跃值进行细分，降低了阶跃幅值，从而有效减少速度环的超调，改善了伺服驱动器的位置跟踪性能的技术效果，所述速度环的控制周期相比于所述位置环控制周期越小，速度平滑达到的效果越好。
进一步的，所述方法还包括：根据所述M个速度环控制周期的输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得位移量，所述位移量为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个位移量；根据所述位移量、所述输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得第一位移量、第二位移量，所述第一位移量为所述输出速度V小于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量，所述第二位移量为所述输出速度V大于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量。
进一步的，所述方法还包括：所述第一位移量等于所述第二位移量。
具体而言，通过本发明实施例的对于一个所述位置环控制周期的速度规划，将保证一个所述位置环控制周期内的位移量与给定量相等，如图2所示，图2为一个位置环控制周期的速度规划方法的示意图，图中以速度阶跃值ΔV为界，将一个所述位置环控制周期内的输出速度分为上下两部分，其中当t为0-2时，所述输出速度V小于所述速度阶跃值ΔV，该部分的阴影面积即为第一位移量；当t为3-9时，所述输出速度V大于所述速度阶跃值ΔV，该部分的阴影面积即为第二位移量。所述第一位移量与所述第二位移量相等，保证了在一个所述位置环控制周期内的位移量与所述给定量相等。达到了位移给定命令没有滞后，有利于位置跟踪精度的技术效果。同样的方法还可以用于伺服驱动器的电流环，改善电流环的控制效果。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、在本发明实施例提供的一种伺服驱动器的速度平滑方法，所述方法包括：获得位置环控制周期；根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。解决了现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。达到了利用所述速度环控制周期大大快于所述位置环控制周期的特点，将所述位置环给定的速度阶跃值进行细分，降低了阶跃幅值，从而有效减少速度环的超调，改善了伺服驱动器的位置跟踪性能的技术效果。
2、本申请实施例通过所述第一位移量等于所述第二位移量。解决了每个控制周期内发送给伺服驱动器的位移量不一致，导致位置调节器输出给速度环的速度不连续，系统的位置跟踪性能变差的技术问题，达到了保证在一个位置环控制周期内的位移量和给定量相等，有利于位置跟踪精度的技术效果。
3、本申请实施例通过所述细分速度阶跃值其中X为余数。进一步解决了现有技术中伺服驱动器会产生位置信号的时延，最终导致位置跟踪性能变差的技术问题。达到了速度超调减少3倍，速度环输出速度平滑，减小速度超调，从而可以大大提高速度和位置跟踪精度的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种伺服驱动器的速度平滑方法，其特征在于，所述方法包括：
获得位置环控制周期；
根据所述位置环控制周期获得速度环控制周期；
根据所述位置环控制周期与所述速度环控制周期获得第一关系，所述第一关系为所述位置环控制周期为所述速度环控制周期的M倍，其中M为正整数；
获得速度阶跃值ΔV，所述速度阶跃值为位置调节器对给定位移量和实际反馈位置进行比较运算得出；
根据所述速度阶跃值ΔV获得细分速度阶跃值Z，所述细分速度阶跃值Z为对所述速度阶跃值ΔV做进一步细分得出；
根据所述第一关系的M值、所述速度阶跃值ΔV和所述细分速度阶跃值Z获得速度环的输出速度V，所述输出速度V为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个输出速度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述M个速度环控制周期的输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得位移量，所述位移量为M个，分别为所述M个速度环控制周期的各个位移量；
根据所述位移量、所述输出速度V和所述速度阶跃值ΔV获得第一位移量、第二位移量，所述第一位移量为所述输出速度V小于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量，所述第二位移量为所述输出速度V大于所述速度阶跃值为ΔV时的所述位移量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第一位移量等于所述第二位移量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述细分速度阶跃值其中X为余数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述M为10。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当Z＝0时，V＝ΔV；
当Z≥1时，V0＝Z，V1＝2Z，V2＝3Z，V3＝ΔV+X，V4-6＝ΔV+Z，V7-8＝ΔV+X，V9＝ΔV。
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