CN108768220A - 一种多关节机器人一体化协同控制装置及方法 - Google Patents
一种多关节机器人一体化协同控制装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108768220A CN108768220A CN201810812885.3A CN201810812885A CN108768220A CN 108768220 A CN108768220 A CN 108768220A CN 201810812885 A CN201810812885 A CN 201810812885A CN 108768220 A CN108768220 A CN 108768220A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motor
- control unit
- module
- dsp
- under
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 24
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 23
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000000844 transformation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000000205 computational method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
- H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
- H02P5/50—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing electrical values representing the speeds
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
- H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
- H02P2205/01—Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference
Abstract
本发明实施例公开了多关节机器人一体化协同控制装置及方法，涉及机器人控制技术领域，能够解决多关节机器人控制算法开放程度低的问题，并缩短研发周期。多关节机器人一体化协同控制装置包括PC机、DSP控制单元、FPGA数据采集单元、隔离驱动单元、关节电机、协同控制算法。PC机上进行算法仿真、实时代码生成，并把代码下载到DSP控制单元实时运行，最后通过FPGA数据采集单元、隔离驱动单元控制关节电机运行，最终实现多关节机器人一体化协同控制，适用于多关节机器人的运行控制。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及多关节机器人一体化协同控制装置及方法。
背景技术
多关节机器人具有很高的自由度，可以完成大部分轨迹或者角度的工作；可编程性，根据工作内容规划轨迹。多关节机器人的研究已经从传统工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐和勘探勘测等新领域，适应不同领域需求的多关节机器人控制方法也被深入研究与开发；
现阶段，多关节机器人控制装置比较缺乏独立性，其功能取决于多关节机器人所需要完成的任务，而控制装置的伺服以及规划算法所用参数直接来自本体：底层位置伺服算法要根据操作机的伺服电机和伺服放大器的特性来定制，上层规划程序要根据操作机的机构、尺寸等参数来编制。如果作业任务和作业对象都是固定的，那么这种机器人控制装置具有简单、可靠和高效的优点。但是随着经济的发展，人们对产品多样化的要求越来越高。制造商已由原来的任务和对象相对固定的大规模流水线式作业，向任务和对象经常改变的中小规模的柔性制造和可重构制造模式发展。这就要求制造系统中担当生力军的工业机器人能够胜任不断变化的任务，即功能柔性化，经过控制装置的功能扩充，原有的多关节机器人就可以投入到新的生产任务中去。
在目前多关节机器人的控制方法中，一个产品的研发其代码数量巨大，同时需要一个大的团队协作完成。在此过程中难以标准化，以致于会出现很多问题。
发明内容
本发明的实施例提供多关节机器人一体化协同控制装置，运用代码生成的控制方法可以提高机器人的开放性能，缩短开发周期，实现多关节机器人的协同控制。
本发明所采用的技术方案是：
一种多关节机器人一体化协同控制装置，包括PC机、DSP控制单元和若干个机器人关节控制单元；
PC机与DSP控制单元相连接，机器人关节控制单元通过总线与DSP控制单元相连接；
机器人关节控制单元包括FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机； FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机依次顺序连接。
PC机上装有Matlab软件或者Labview软件，PC机上搭建多电机协同控制仿真模型进行算法验证，把仿真模型生成C代码下载到DSP控制单元中运行。
FPGA数据采集单元包括FPGA模块、第一RS485通讯模块、正交解码模块、 AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口；第一RS485通讯模块、正交解码模块、AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口都与FPGA模块相连接；
FPGA模块采集电机的绝对值编码器信号或增量编码器信号、电机的相电流信号、电机的相电压信号和电机的报警字信号，并将采集的信号传输至DSP控制单元；DSP控制单元把控制量传输给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元。
DSP控制单元包括DSP模块、DA模块、RS232通讯模块、第二RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口；
DA模块、RS232通讯模块、第二RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口都与DSP模块相连接；
DSP模块的控制量通过第二总线接口以并行传输的方式传给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元。
隔离驱动单元用于隔离信号电压值的波动，防止信号电压值的波动对主芯片造成影响；
隔离驱动单元包括由光电耦合器构成的隔离电路。
一种多关节机器人一体化协同控制方法，包括以下步骤：
S1：各FPGA数据采集单元采集关节电机的位置数据、速度数据、相电压数据和电机三相定子电流ia、ib、ic，通过总线反馈给DSP控制单元；
S2：DSP控制单元根据给定的末端运行轨迹，进行正解和逆解计算，求出机器人关节下一个控制周期的位置给定；
S3：DSP控制单元根据下一个控制周期各关节电机的位置给定和实际位置反馈，进行PI运算得到各关节电机的速度给定量；
S4：DSP控制单元根据各关节电机的速度给定量和实际速度反馈值，进行PI运算得到各关节电机的电流与的给定量，表示d-q坐标系下d轴给定电流值，表示d-q坐标系下q轴给定电流值；
S5：DSP控制单元根据FPGA数据采集单元反馈的电机三相定子电流ia、 ib和ic，计算各关节电机的电流的实际值id和iq；id表示d-q坐标系下d轴实际电流值，iq表示d-q坐标系下q轴实际电流值；
S6：根据步骤S4得到的各关节电机的电流与的给定量，基于双PI运算得到电压给定值和根据Ipark和SVPWM计算，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc，并把时间占空比控制量传递给FPGA数据采集单元；表示 d-q坐标系下d轴给定电压值，表示d-q坐标系下q轴给定电压值；
S7：FPGA数据采集单元发送SVPWM信号到隔离驱动单元，隔离驱动单元控制电机运转。不同关节电机同时运转，实现了协同控制。
DSP控制单元的程序在上位机的Matlab或者Labview环境下编写实现，最终生成代码在DSP控制单元中执行。
关节电机为永磁同步电机，进行一体化协同控制具体包括以下步骤：
根据电机速度给定量ωref和实际速度ω比较得到速度差值e；
速度差值e经过速度环PI计算得到d-q坐标系下q轴给定电流值通过与d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq比较后经电流环PI计算得到q轴电压给定值
根据永磁同步电机矢量控制原理，令d-q坐标系下d轴给定电流值通过与d-q坐标系下d轴实际输出电流值id比较后经电流环PI计算得到d轴电压给定值
根据d轴电压给定值和q轴电压给定值进行PARK逆变换处理，得到α-β坐标系下的等效电压控制给定值和
根据α-β坐标系下的等效电压控制给定值和进行空间矢量脉宽调制，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc并传递给FPGA数据采集单元，生成脉冲宽度调制PWM信号，通过三相逆变器生成三相电压信号；
利用所述三相电压信号控制所述永磁同步电机。
d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq和d-q坐标系下d轴实际输出电流值id计算方法具体包括以下步骤：
基于三相定子电流ia、ib和ic，进行Clark变换，生成α-β坐标系下的等效电流iα和iβ；
获取永磁同步电机实际运行速度ω和转子位置θ；
根据θ、iα和iβ进行PARK变换，生成d-q坐标系下的实际输出电流值id和 iq；
其中，PARK逆变换、Clark变换和PARK变换的过程包括：
根据矩阵进行PARK逆变换；
根据矩阵进行Clark变换；
根据矩阵进行PARK变换。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本申请公开一种多关节机器人一体化协同控制装置，DSP控制单元和若干个机器人关节控制单元相连接，基于DSP控制单元与FPGA数据采集单元相结合的结构，实现多关节机器人的协同控制，根据控制单元的计算能力对多关节机器人的模型提供运算保障，而FPGA数据采集单元承担数据采集和生成脉冲宽度调制PWM信号的功能，利用并口传输保证FPGA数据采集单元数据向 DSP控制单元传输的实时性；实现多关节机器人的协同控制，FPGA模块能同时控制各模块工作，达到同步的效果；
本申请公开一种多关节机器人一体化协同控制方法，采用了永磁同步电机矢量控制的原理，实现对电机稳定的运动控制，简化了DSP芯片的运算，便于数字处理。
本申请公开一种多关节机器人一体化协同控制方法，DSP芯片在电机控制，数字信号处理的大数据运算方面有巨大的优势，而Matlab因可视化和丰富的功能模块，在算法研究方面有巨大的优势，将DSP和Matlab两者结合在工业中应用会极大的缩短产品从研发至测试的时间周期，使得嵌入式开发更加高效、算法更加优化，开放式的算法让程序研究更加灵活，提高了可移植性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的多关节机器人一体化控制的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多关节机器人控制方法的流程图；
图3为本发明FPGA数据采集单元结构示意图；
图4为本发明DSP控制单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种多关节机器人一体化协同控制装置，包括PC机、DSP控制单元和若干个机器人关节控制单元；
PC机与DSP控制单元相连接，机器人关节控制单元通过总线与DSP控制单元相连接；
所述机器人关节控制单元包括FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机；FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机依次顺序连接。
PC机上装有Matlab软件或者Labview软件，PC机上搭建多电机协同控制仿真模型进行算法验证，把仿真模型生成C代码下载到DSP控制单元中运行。
如图3所示，FPGA数据采集单元包括FPGA模块、第一RS485通讯模块、正交解码模块、AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口；第一RS485通讯模块、正交解码模块、AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口都与FPGA模块相连接。FPGA模块能同时控制各模块工作，达到同步的效果。
FPGA模块与第一RS485通讯模块连接，用于读取电机绝对值编码器信号。 FPGA模块与正交解码模块连接，用于读取电机增量值编码器信号。FPGA模块与PWM产生模块连接，用于读取生PWM控制信号，并通过PWM产生模块传输给隔离驱动单元。FPGA模块与AD采集模块连接，用于采集电机相电流信号。 FPGA模块与第一总线接口模块连接，用于与DSP控制单元通信。第一电源模块与FPGA模块连接，用于给FPGA模块供电。FPGA模块同时控制各模块工作，达到同步的效果。
FPGA模块采集电机的绝对值编码器信号或增量编码器信号、电机的相电流信号、电机的相电压信号和电机的报警字信号，并将采集的信号传输至DSP控制单元；DSP控制单元把控制量传输给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元。
如图4所示，DSP控制单元包括DSP模块、DA模块、RS232通讯模块、第二 RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口；
DA模块、RS232通讯模块、第二RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口都与DSP模块相连接。
DSP模块与DA模块连接，用于把过程参量以模拟量形式输出；DSP模块与第二总线接口模块连接，用于与FPGA模块通信；DSP模块与RS232通讯模块、第二RS485通讯模块连接，用于和PC机通信。
DSP模块的控制量通过第二总线接口以并行传输的方式传给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元；DSP模块计算产生不同的控制量来实现控制多个关节电机，提高DSP的利用率；DSP运算过程中的波形及产生的数据可通过通讯模块和DA模块进行实时观测。
隔离驱动单元起到保护作用，用于隔离信号电压值的波动，防止信号电压值的波动对主芯片造成影响；
隔离驱动单元包括由光电耦合器构成的隔离电路。
如图2所示，一种多关节机器人一体化协同控制方法，包括以下步骤：
S1：各FPGA数据采集单元采集关节电机的位置数据、速度数据、相电压数据和电机三相定子电流ia、ib、ic，通过总线反馈给DSP控制单元；
S2：DSP控制单元根据给定的末端运行轨迹，进行正解和逆解计算，求出机器人关节下一个控制周期的位置给定；
S3：DSP控制单元根据下一个控制周期各关节电机的位置给定和实际位置反馈，进行PI运算得到各关节电机的速度给定量；
S4：DSP控制单元根据各关节电机的速度给定量和实际速度反馈值，进行 PI运算得到各关节电机的电流与的给定量，表示d-q坐标系下d轴给定电流值，表示d-q坐标系下q轴给定电流值；
S5：DSP控制单元根据FPGA数据采集单元反馈的电机三相定子电流ia、 ib和ic，计算各关节电机的电流的实际值id和iq；id表示d-q坐标系下d轴实际电流值，iq表示d-q坐标系下q轴实际电流值；
S6：根据步骤S4得到的各关节电机的电流与的给定量，基于双PI运算得到电压给定值和根据Ipark和SVPWM计算，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc，并把时间占空比控制量传递给FPGA数据采集单元；表示 d-q坐标系下d轴给定电压值，表示d-q坐标系下q轴给定电压值；
S7：FPGA数据采集单元发送SVPWM信号到隔离驱动单元，隔离驱动单元控制电机运转。不同关节电机同时运转，实现了协同控制。
DSP控制单元的程序在上位机的Matlab或者Labview环境下编写实现，最终生成代码在DSP控制单元中执行。
本实施例关节电机为永磁同步电机，进行一体化协同控制具体包括以下步骤：
根据电机速度给定量ωref和实际速度ω比较得到速度差值e；
速度差值e经过速度环PI计算得到d-q坐标系下q轴给定电流值通过与d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq比较后经电流环PI计算得到q轴电压给定值
根据永磁同步电机矢量控制原理，令d-q坐标系下d轴给定电流值通过与d-q坐标系下d轴实际输出电流值id比较后经电流环PI计算得到d轴电压给定值
根据d轴电压给定值和q轴电压给定值进行PARK逆变换处理，得到α-β坐标系下的等效电压控制给定值和
根据α-β坐标系下的等效电压控制给定值和进行空间矢量脉宽调制，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc并传递给FPGA数据采集单元，生成脉冲宽度调制PWM信号，通过三相逆变器生成三相电压信号；
利用所述三相电压信号控制所述永磁同步电机。
d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq和d-q坐标系下d轴实际输出电流值id计算方法具体包括以下步骤：
基于三相定子电流ia、ib和ic，进行Clark变换，生成α-β坐标系下的等效电流iα和iβ；
获取永磁同步电机实际运行速度ω和转子位置θ；
根据θ、iα和iβ进行PARK变换，生成d-q坐标系下的实际输出电流值id和 iq；
其中，PARK逆变换、Clark变换和PARK变换的过程包括：
根据矩阵进行PARK逆变换；
根据矩阵进行Clark变换；
根据矩阵进行PARK变换。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种多关节机器人一体化协同控制装置，其特征在于，
包括PC机、DSP控制单元和若干个机器人关节控制单元；
PC机与DSP控制单元相连接，机器人关节控制单元通过总线与DSP控制单元相连接；
所述机器人关节控制单元包括FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机；FPGA数据采集单元、隔离驱动单元和关节电机依次顺序连接。
2.根据权利要求1的一种多关节机器人一体化协同控制装置，其特征在于，
PC机上装有Matlab软件或者Labview软件，PC机上搭建多电机协同控制仿真模型进行算法验证，把仿真模型生成C代码下载到DSP控制单元中运行。
3.根据权利要求1的一种多关节机器人一体化协同控制装置，其特征在于：
FPGA数据采集单元包括FPGA模块、第一RS485通讯模块、正交解码模块、AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口；第一RS485通讯模块、正交解码模块、AD采集模块、PWM产生模块、第一电源模块和第一总线接口都与FPGA模块相连接；
FPGA模块采集电机的绝对值编码器信号或增量编码器信号、电机的相电流信号、电机的相电压信号和电机的报警字信号，并将采集的信号传输至DSP控制单元；DSP控制单元把控制量传输给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元。
4.根据权利要求1的一种多关节机器人一体化控制装置，其特征在于：
DSP控制单元包括DSP模块、DA模块、RS232通讯模块、第二RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口；
DA模块、RS232通讯模块、第二RS485通讯模块、第二电源模块和第二总线接口都与DSP模块相连接；
DSP模块的控制量通过第二总线接口以并行传输的方式传给FPGA数据采集单元，FPGA数据采集单元产生PWM信号或SVPWM信号并传输给隔离驱动单元。
5.根据权利要求1的一种多关节机器人一体化协同控制装置，其特征在于：
隔离驱动单元包括由光电耦合器构成的隔离电路，用于隔离信号电压值的波动。
6.一种多关节机器人一体化协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：各FPGA数据采集单元采集关节电机的位置数据、速度数据、相电压数据和电机三相定子电流ia、ib、ic，通过总线反馈给DSP控制单元；
S2：DSP控制单元根据给定的末端运行轨迹，进行正解和逆解计算，求出机器人关节下一个控制周期的位置给定；
S3：DSP控制单元根据下一个控制周期各关节电机的位置给定和实际位置反馈，进行PI运算得到各关节电机的速度给定量；
S4：DSP控制单元根据各关节电机的速度给定量和实际速度反馈值，进行PI运算得到各关节电机的电流与的给定量，表示d-q坐标系下d轴给定电流值，表示d-q坐标系下q轴给定电流值；
S5：DSP控制单元根据FPGA数据采集单元反馈的电机三相定子电流ia、ib和ic，计算各关节电机的电流的实际值id和iq；id表示d-q坐标系下d轴实际电流值，iq表示d-q坐标系下q轴实际电流值；
S6：根据步骤S4得到的各关节电机的电流与的给定量，基于双PI运算得到电压给定值和根据Ipark和SVPWM计算，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc，并把时间占空比控制量传递给FPGA数据采集单元；表示d-q坐标系下d轴给定电压值，表示d-q坐标系下q轴给定电压值；
S7：FPGA数据采集单元发送SVPWM信号到隔离驱动单元，隔离驱动单元控制电机运转。
7.根据权利要求6所述的一种多关节机器人一体化协同控制方法，其特征在于，
DSP控制单元的程序在上位机的Matlab或者Labview环境下编写实现，生成代码在DSP控制单元中执行。
8.根据权利要求6所述的一种多关节机器人一体化协同控制方法，其特征在于，
关节电机为永磁同步电机，进行一体化协同控制具体包括以下步骤：
根据电机速度给定量ωref和实际速度ω比较得到速度差值e；
速度差值e经过速度环PI计算得到d-q坐标系下q轴给定电流值通过与d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq比较后经电流环PI计算得到q轴电压给定值
根据永磁同步电机矢量控制原理，令d-q坐标系下d轴给定电流值通过与d-q坐标系下d轴实际输出电流值id比较后经电流环PI计算得到d轴电压给定值
根据d轴电压给定值和q轴电压给定值进行PARK逆变换处理，得到α-β坐标系下的等效电压控制给定值和
根据α-β坐标系下的等效电压控制给定值和进行空间矢量脉宽调制，得到时间占空比控制量Ta，Tb和Tc并传递给FPGA数据采集单元，生成脉冲宽度调制PWM信号，通过三相逆变器生成三相电压信号；
利用所述三相电压信号控制所述永磁同步电机。
9.根据权利要求6所述的一种多关节机器人一体化协同控制方法，其特征在于，
d-q坐标系下q轴实际输出电流值iq和d-q坐标系下d轴实际输出电流值id计算方法具体包括以下步骤：
基于三相定子电流ia、ib和ic，进行Clark变换，生成α-β坐标系下的等效电流iα和iβ；
获取永磁同步电机实际运行速度ω和转子位置θ；
根据θ、iα和iβ进行PARK变换，生成d-q坐标系下的实际输出电流值id和iq；
其中，PARK逆变换、Clark变换和PARK变换的过程包括：
根据矩阵进行PARK逆变换；
根据矩阵进行Clark变换；
根据矩阵进行PARK变换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810812885.3A CN108768220B (zh) | 2018-07-23 | 多关节机器人一体化协同控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810812885.3A CN108768220B (zh) | 2018-07-23 | 多关节机器人一体化协同控制装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108768220A true CN108768220A (zh) | 2018-11-06 |
| CN108768220B CN108768220B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109600076A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-09 | 固高伺创驱动技术(深圳)有限公司 | 多轴伺服驱动器 |
| CN110334407A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-10-15 | 上海交通大学 | 基于fpga的双馈风力电机电磁暂态仿真方法和仿真系统 |
| CN110861096A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-03-06 | 江苏开璇智能科技有限公司 | 一种机器人关节交互力感知与控制方法及装置 |
| CN111555664A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-08-18 | 深圳市裕展精密科技有限公司 | 马达控制系统及方法 |
| CN111857039A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-30 | 中南大学 | 多电机剪切系统协同规划方法及系统 |
| CN114227658A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 北京哈崎机器人科技有限公司 | 一种机器人的控制方法、系统、终端及介质 |
| CN116088363A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-05-09 | 合肥中科深谷科技发展有限公司 | 一种基于模型设计的机器人驱控一体化控制系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102073302A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 北京诺信泰伺服科技有限公司 | 全数字化分布式智能伺服驱动器 |
| CN102291073A (zh) * | 2011-08-04 | 2011-12-21 | 广西民族师范学院 | 多轴步进电机插补控制器及多轴步进电机运动控制卡 |
| CN103944461A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-23 | 苏州相城常理工技术转移中心有限公司 | 一种单fpga实现的多台异步电机控制系统及控制方法 |
| CN105846733A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-08-10 | 科德数控股份有限公司 | 一体化六轴工业机器人驱动装置 |
| CN106487279A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-08 | 航天科工智能机器人有限责任公司 | 高功率密度伺服电机驱动器 |
| CN106533303A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-22 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法 |
| CN107872177A (zh) * | 2016-09-23 | 2018-04-03 | 江苏科技大学 | 一种永磁同步电机多传感器组合全闭环控制方法 |
| CN207339692U (zh) * | 2017-07-19 | 2018-05-08 | 上海新时达机器人有限公司 | 多轴伺服驱动器 |
| CN208571962U (zh) * | 2018-07-23 | 2019-03-01 | 南京工程学院 | 一种多关节机器人一体化控制装置 |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102073302A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 北京诺信泰伺服科技有限公司 | 全数字化分布式智能伺服驱动器 |
| CN102291073A (zh) * | 2011-08-04 | 2011-12-21 | 广西民族师范学院 | 多轴步进电机插补控制器及多轴步进电机运动控制卡 |
| CN103944461A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-07-23 | 苏州相城常理工技术转移中心有限公司 | 一种单fpga实现的多台异步电机控制系统及控制方法 |
| CN105846733A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-08-10 | 科德数控股份有限公司 | 一体化六轴工业机器人驱动装置 |
| CN107872177A (zh) * | 2016-09-23 | 2018-04-03 | 江苏科技大学 | 一种永磁同步电机多传感器组合全闭环控制方法 |
| CN106533303A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-22 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法 |
| CN106487279A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-08 | 航天科工智能机器人有限责任公司 | 高功率密度伺服电机驱动器 |
| CN207339692U (zh) * | 2017-07-19 | 2018-05-08 | 上海新时达机器人有限公司 | 多轴伺服驱动器 |
| CN208571962U (zh) * | 2018-07-23 | 2019-03-01 | 南京工程学院 | 一种多关节机器人一体化控制装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 林瀚: "基于DSP+FPGA的开放式机器人运动控制器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, no. 6, pages 140 - 343 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109600076A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-09 | 固高伺创驱动技术(深圳)有限公司 | 多轴伺服驱动器 |
| CN110334407A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-10-15 | 上海交通大学 | 基于fpga的双馈风力电机电磁暂态仿真方法和仿真系统 |
| CN110334407B (zh) * | 2019-06-12 | 2022-11-04 | 上海交通大学 | 基于fpga的双馈风力电机电磁暂态仿真方法和仿真系统 |
| CN110861096A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-03-06 | 江苏开璇智能科技有限公司 | 一种机器人关节交互力感知与控制方法及装置 |
| CN111555664A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-08-18 | 深圳市裕展精密科技有限公司 | 马达控制系统及方法 |
| CN111857039A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-30 | 中南大学 | 多电机剪切系统协同规划方法及系统 |
| CN111857039B (zh) * | 2020-06-30 | 2022-05-13 | 中南大学 | 多电机剪切系统协同规划方法及系统 |
| CN114227658A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 北京哈崎机器人科技有限公司 | 一种机器人的控制方法、系统、终端及介质 |
| CN116088363A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-05-09 | 合肥中科深谷科技发展有限公司 | 一种基于模型设计的机器人驱控一体化控制系统 |
| CN116088363B (zh) * | 2022-11-25 | 2023-11-14 | 合肥中科深谷科技发展有限公司 | 一种基于模型设计的机器人驱控一体化控制系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106426184B (zh) | 一种机器人控制系统 | |
| CN102811012B (zh) | 基于fpga的多轴伺服电机电流环控制系统及控制方法 | |
| CN100422980C (zh) | 基于硬件的可配置的运动控制装置和方法 | |
| CN106502095A (zh) | 一种多工业机器人的协同控制方法 | |
| CN103309236B (zh) | 一种船舶双柴油主机推进控制硬件在环仿真系统 | |
| CN104660098A (zh) | 基于低频pwm和单神经元自适应的超声波电机控制系统 | |
| CN104267614A (zh) | 一种无人机实时仿真系统及其开发方法 | |
| CN104133400B (zh) | 一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器 | |
| CN108663993B (zh) | 一种基于实时控制器的多轴伺服控制系统 | |
| CN105892412B (zh) | 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构 | |
| CN103310038A (zh) | 一种旋转导向执行机构的虚机实电仿真系统及仿真方法 | |
| CN106886212A (zh) | 一种伺服系统的测试装置 | |
| CN204229676U (zh) | 一种卷烟机教学模拟实验平台 | |
| CN111816039A (zh) | 一种机电传动控制系统及控制方法 | |
| CN113942012A (zh) | 机械臂关节方法、系统、计算机及可读存储介质 | |
| CN112994532B (zh) | 一体化多轴同步运动控制系统及同步控制方法 | |
| CN206544182U (zh) | 一种机器人控制系统 | |
| CN108768220A (zh) | 一种多关节机器人一体化协同控制装置及方法 | |
| CN103207570B (zh) | 应用于装卸料机模拟机的旋转变压器信号仿真系统和方法 | |
| CN110336494B (zh) | 一种刚柔耦合多电机系统 | |
| CN105373109B (zh) | 一种Delta机器人驱控系统 | |
| CN108768220B (zh) | 多关节机器人一体化协同控制装置 | |
| CN209748439U (zh) | 一种刚柔耦合多电机装置 | |
| Younes et al. | Design of control system for 3D printer based On DSP and FPGA | |
| CN103684175B (zh) | 一种可重构的交流伺服驱动控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |