CN108762117B - 一种伺服驱动器控制方法及装置 - Google Patents

一种伺服驱动器控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种伺服驱动器控制方法及装置，该方法包括：在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；位置环以位置曲线为调节目标进行闭环调节，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。通过本发明在保证驱动位置以最快速度接近目标位置，提高了响应速度；同时也保证了末段快速、准确的定位，避免了超调和震荡。

Description

一种伺服驱动器控制方法及装置
技术领域
本发明涉及伺服驱动器控制技术领域，特别是涉及一种伺服驱动器控制方法及装置。
背景技术
传统的伺服驱动器控制算法外环采用位置闭环调节，在定位运动过程中，位置环不断调节，驱动器的输出转矩不可能保证是最大值，因此定位过程用时不是最短，即响应时间不是最快。
为尽可能提高响应速度，需要尽可能保证伺服驱动器处于全力输出，缩短定位过程用时，同时需要避免在定位末端出现超调和震荡，并保证定位精度不受影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种伺服驱动器控制方法及装置，
为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种伺服驱动器控制方法，包括：
在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；
当所述伺服驱动器的当前位置达到所述减速位置时，以所述预设规划方式确定从所述减速位置运动到所述目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；
以所述位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据所述速度曲线和所述加速度曲线确定附加转矩，以所述转矩调节量和所述附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
具体的，所述预设规划方式包括：梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹或余弦轨迹。
具体的，在确定所述转矩调节量时，还包括：根据预设公式计算附加转矩，将所述附加转矩和所述转矩调节量相加作为所述设定转矩闭环控制所述伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
具体的，所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为所述伺服驱动器的内部阻力，J为所述伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
具体的，所述伺服驱动器的内部阻力T阻力与运行速度相关，用函数表示为T阻力＝F(v)，其中，F(v)在所述伺服驱动器空载运行测试得到。
具体的，所述外部负载转矩Tload＝k*T电机-T阻力+J*ε，其中，k为减速机械速比，T电机为电机输出转矩，ε驱动器输出轴角加速度，根据驱动器转速微分计算得到。
一种伺服驱动器控制装置，包括：
计算模块，用于在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；
确定模块，用于当所述伺服驱动器的当前位置达到所述减速位置时，以所述预设规划方式确定从所述减速位置运动到所述目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；
控制模块，用于以所述位置曲线为调节目标进行位置闭环调节确定转矩调节量，同时根据所述速度曲线和所述加速度曲线确定附加转矩，以所述转矩调节量和所述附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
具体的，所述预设规划方式包括：梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹或余弦轨迹。
具体的，所述控制模块还用于：
根据预设公式计算附加转矩，将所述附加转矩和所述转矩调节量相加作为所述设定转矩闭环控制所述伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
具体的，所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为所述伺服驱动器的内部阻力，J为所述伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种伺服驱动器控制方法及装置，该方法包括：在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。通过本发明提供的控制方法在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩，实现最大转矩输出控制伺服驱动器，以最高加速度加速，尽快达到最高速度，保证驱动位置以最快速度接近目标位置，提高了响应速度；后期以规划位置为目标调节，保证了末段快速、准确的定位。
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为本发明实施例提供的一种伺服驱动器控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的定位前期开环全力输出阶段控制示意图；
图3a为本发明实施例提供的有速度内环后期位置定位阶段控制示意图；
图3b为本发明实施例提供的无速度内环后期位置定位阶段控制示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种伺服驱动器控制方法流程示意图；
图5a为本发明实施例提供的另一有速度内环后期位置定位阶段控制示意图；
图5b为本发明实施例提供的另一无速度内环后期位置定位阶段控制示意图；
图6为本发明实施例提供的一种伺服驱动器控制装置结构示意图。
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。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种伺服驱动器控制方法，该方法具体包括如下步骤：
S101、在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置。
具体的，上述所述预设规划方式可以包括：梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹或余弦轨迹。本发明实施例中根据不同预设规划方式对应不同的数学计算公式来确定减速位置，本发明不指定具体的预设规划方式。
需要说明的是，前期位置开环全力输出阶段控制如图2所示，前期位置将额定最大转矩作为设定转矩，通过转矩控制和驱动电路开环控制伺服驱动器，实时反馈伺服驱动器的当前转矩、当前速度和当前位置，同时，根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置，并判断当前位置是否达到减速位置。在前期位置开环控制的过程中，减速位置的计算过程一直在进行的。
S102、当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线。
S103、以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
具体的，当驱动器实际位置达到减速位置时，系统以设定好的规划方法规划从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线p(t)、速度曲线v(t)和加速度曲线a(t)，同时位置由开环控制改为闭环控制，以位置曲线p(t)为调节目标，保证实际位置跟随规划的位置曲线p(t)运动至目标位置。
需要说明的是，后期位置定位阶段控制如图3所示，当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线，通过位置调节器、速度调节器确定转矩调节量(分两种情况，分别是由速度环和无速度环，参见图3所示)，以转矩调节量作为设定转矩闭环控制伺服驱动器，并实时反馈伺服驱动器的当前转矩、当前速度和当前位置对设定转矩进行调整，实现闭环控制，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
本发明实施例提供了一种伺服驱动器控制方法，该方法包括：在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。通过本发明提供的控制方法在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩，实现最大转矩输出控制伺服驱动器，以最高加速度加速，尽快达到最高速度，保证驱动位置以最快速度接近目标位置，提高了响应速度；后期以规划位置为目标调节，保证了末段快速、准确的定位。
如图4所示，本发明实施例公开了一种伺服驱动器控制方法，该方法具体包括如下步骤：
S401、在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置。
具体的，上述所述预设规划方式可以包括：梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹或余弦轨迹。本发明实施例中根据不同预设规划方式对应不同的数学计算公式来确定减速位置，本发明不指定具体的预设规划方式。
需要说明的是，前期位置开环全力输出阶段控制如图2所示，前期位置将额定最大转矩作为设定转矩，通过转矩调控制和驱动电路开环控制伺服驱动器，实时反馈伺服驱动器的当前转矩、当前速度和当前位置，同时，根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置，并判断当前位置是否达到减速位置。在前期位置开环控制的过程中，减速位置的计算过程一直在进行的。
S402、当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线。
S403、以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据预设公式确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
具体的，为保证后期当前位置准确跟随规划位置，需要计算出伺服驱动器内部阻力T阻力、驱动器惯量J、外部负载Tload并对这些进行补偿。
需要说明的是，上述所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为伺服驱动器的内部阻力，J为伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
具体的，上述所述伺服驱动器的内部阻力T阻力与运行速度相关，用函数表示为T阻力＝F(v)，其中，F(v)在伺服驱动器空载运行测试得到，。
具体的，上述所述外部负载Tload在前期全力输出结束时计算，计算公式为：外部负载转矩Tload＝k*T电机-T阻力+J*ε，其中，k为减速机械速比，T电机为电机输出转矩，ε驱动器输出轴角加速度，根据驱动器转速微分计算得到。
需要说明的是，后期位置定位阶段控制如图5所示，当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线，通过位置调节器、速度调节器确定转矩调节量(分两种情况，分别是由速度环和无速度环，参见图5所示)，同时根据预设公式计算附加转矩，将附加转矩和转矩调节量相加作为设定转矩闭环控制伺服驱动器，并实时反馈伺服驱动器的当前转矩、当前速度和当前位置对设定转矩进行调整，实现闭环控制，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
本发明实施例提供了一种伺服驱动器控制方法，该方法包括：在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。通过本发明提供的控制方法在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩，实现最大转矩输出控制伺服驱动器，以最高加速度加速，尽快达到最高速度，保证驱动位置以最快速度接近目标位置，提高了响应速度；后期以规划位置为目标调节，且为保证后期实际位置准确跟随规划位置，需要计算出驱动器内部阻力T阻力、驱动器惯量J、外部负载Tload并对这些进行补偿，保证了末段快速、准确的定位，同时也避免了超调和震荡。
在上述公开的一种伺服驱动器控制方法的基础上，本发明还公开了一种种伺服驱动器控制装置，具体内容可参见伺服驱动器控制方法对应的描述，在此不再进行赘述。
如图6所示，本发明实施例提供了一种种伺服驱动器控制装置，该装置具体包括：计算模块601、确定模块602以及控制模块603，其中：
计算模块601，用于在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置；
确定模块602，用于当伺服驱动器的当前位置达到减速位置时，以预设规划方式确定从减速位置运动到目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；
控制模块603，用于以位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据速度曲线和加速度曲线确定附加转矩，以转矩调节量和附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
具体的，上述所述预设规划方式包括：梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹或余弦轨迹。
具体的，上述所述控制模块603还用于：
根据预设公式计算附加转矩，将附加转矩和转矩调节量相加作为设定转矩闭环控制伺服驱动器，以使伺服驱动器从减速位置运动至目标位置。
具体的，上述所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为伺服驱动器的内部阻力，J为伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
本发明实施例提供了一种伺服驱动器控制装置，通过本发明提供的控制装置在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩，实现最大转矩输出控制伺服驱动器，以最高加速度加速，尽快达到最高速度，保证驱动位置以最快速度接近目标位置，提高了响应速度；后期以规划位置为目标调节，且为保证后期实际位置准确跟随规划位置，需要计算出驱动器内部阻力T阻力、驱动器惯量J、外部负载Tload并对这些进行补偿，保证了末段快速、准确的定位，同时也避免了超调和震荡。
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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种伺服驱动器控制方法，其特征在于，包括：
在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置，所述预设规划方式为梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹和余弦轨迹中的一种；
当所述伺服驱动器的当前位置达到所述减速位置时，以所述预设规划方式确定从所述减速位置运动到所述目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；
以所述位置曲线为调节目标进行闭环调节确定转矩调节量，同时根据所述速度曲线和所述加速度曲线确定附加转矩，以所述转矩调节量和所述附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述转矩调节量时，还包括：根据预设公式计算附加转矩，将所述附加转矩和所述转矩调节量相加作为所述设定转矩闭环控制所述伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为所述伺服驱动器的内部阻力，J为所述伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述伺服驱动器的内部阻力T阻力与运行速度相关，用函数表示为T阻力＝F(v)，其中，F(v)在所述伺服驱动器空载运行测试得到。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外部负载转矩Tload＝k*T电机-T阻力+J*ε，其中，k为减速机械速比，T电机为电机输出转矩，ε驱动器输出轴角加速度，根据驱动器转速微分计算得到。
6.一种伺服驱动器控制装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于在定位前期将额定最大转矩作为设定转矩开环控制伺服驱动器，并根据当前速度和目标位置按照预设规划方式计算减速位置，所述预设规划方式为梯形加速度轨迹、S加速度轨迹、正弦轨迹和余弦轨迹中的一种；
确定模块，用于当所述伺服驱动器的当前位置达到所述减速位置时，以所述预设规划方式确定从所述减速位置运动到所述目标位置过程中的位置曲线、速度曲线以及加速度曲线；
控制模块，用于以所述位置曲线为调节目标进行位置闭环调节确定转矩调节量，同时根据所述速度曲线和所述加速度曲线确定附加转矩，以所述转矩调节量和所述附加转矩之和作为设定转矩控制伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
根据预设公式计算附加转矩，将所述附加转矩和所述转矩调节量相加作为所述设定转矩闭环控制所述伺服驱动器，以使所述伺服驱动器从所述减速位置运动至所述目标位置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设公式为T附加＝(Tload+T阻力+J*a)/k，其中，T附加为附加转矩，Tload为外部负载转矩，T阻力为所述伺服驱动器的内部阻力，J为所述伺服驱动器的惯量，为常数，a为加速度，k为减速机械速比。
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