CN109412495A - 参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质，该参数自调整方法，用于实现伺服控制器参数调整，包括：所述伺服控制器接收输入的预设位置环带宽；所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，并根据所述调整参数值控制电机运行，所述调整参数值包括以下的一个或多个：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益、ip调整系数。本发明实施例通过预设位置环带宽，根据理论推导计算得出相关调整参数：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益和ip调整系数，简化了调整过程和节约了调整时间。

Description

参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及电机驱动器控制领域，更具体地说，涉及一种参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

随着智能制造的升级，电机控制器的应用越来越广，可以应用在各行各业，如机床、机器人、3C制造、纺织等等，面向的设备对象也千差万别。在伺服控制器投入使用之前，需要调整增益参数来获得较佳的性能效果。该参数调整过程对于设备制造商来说是一个很大的负担，设备调试将占用大部分的生产时间。

为了减轻设备调试时间，特别是电气和机械配合上的问题，目前有很多的参数调整方法，如基于最小二乘法的在线参数学习方法，基于滑膜控制的参数调整方法，基于离线重复学习型的参数调整方法等。但是上述参数调整方法存在实现复杂、需要一定的经验积累规律、调整不方便、系统稳定适应性有待验证等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质，旨在解决上述现有的参数调整方法存在实现复杂、需要一定的经验积累规律、调整不方便、系统稳定适应性有待验证等问题。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种参数自调整方法，用于实现伺服控制器参数调整，包括：

所述伺服控制器接收输入的预设位置环带宽；

所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，并根据所述调整参数值控制电机运行,所述调整参数值包括以下的一个或多个：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益、ip调整系数。

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述伺服驱动器根据所述调整参数值控制电机运行，包括：

根据调整参数值确定以下传递函数，并根据所述传递函数控制电机运行；

其中，ω_p为预设位置环带宽，θ_m为电动机位置，θ_com为位置环位置指令，s为复频域符号，α为ip调整系数，K_pv为速度比例增益，K_vff为速度前馈系数，K_pp为位置增益，K_iv为速度积分增益，D为粘滞系数，J为惯量。

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述调整参数值包括位置增益K_pp，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述位置增益K_pp：K_pp＝ω_p。

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述方法还包括：

所述伺服控制器接收输入的预设阻尼系数ζ；

根据所述预设位置环带宽及所述预设阻尼系数ζ确定速度带宽ω_v：ω_v＝2ζω_p。

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述调整参数值包括速度前馈系数K_vff；所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度前馈系数K_vff：

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述调整参数值包括速度比例增益K_pv，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度比例增益K_pv：

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述调整参数值包括速度积分增益K_iv，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度积分增益K_iv：K_iv＝ω_v ²/K_pv。

在本发明实施例所述的参数自调整方法中，所述调整参数值包括ip调整系数α，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取ip调整系数α：

本发明实施例还提供一种参数自调整设备，包括存储单元和处理单元，所述存储单元中存储有可在所述处理单元执行的计算机程序，且所述处理单元执行所述计算机程序时实现如上所述的参数自调整方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的参数自调整方法的步骤。

本发明实施例提供的参数自调整方法、设备及计算机可读存储介质具有以下有益效果：通过预设位置环带宽，根据理论推导计算得出相关调整参数：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益和ip调整系数，简化了调整过程和节约了调整时间。

附图说明

图1是本发明实施例提供的参数自调整方法的流程示意图；

图2是伺服控制器实现电机闭环控制的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的参数自调整设备示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明实施例提供的参数自调整方法的流程示意图，该参数自调整方法用于实现伺服控制器参数调整，具体包括以下步骤：

步骤S1：伺服控制器接收输入的预设位置环带宽。上述预设位置环带宽可通过上位机输入到伺服控制器，且该预设位置环带宽可由技术人员根据伺服控制器的使用场合调整，一般设备的预设位置环带宽范围为几十Hz～200Hz，较少会超过200Hz。从控制上来说，受设备刚性、负载惯量、内部速度电流环可达带宽影响，因此需凭经验设置。

在该步骤S1中，还可包括：伺服控制器接收输入的预设阻尼系数。当无预设阻尼系数输入时，上述预设阻尼系数可采用默认值。并且，可根据过阻尼、欠阻尼或者临界阻尼的需求，设置和调整预设阻尼系数，当不希望有超调时可选择过阻尼，当允许超调时可选择欠阻尼。一般选择过阻尼，即预设阻尼系数为1到1.2之间。也可根据二阶系统来评估期望的谐振峰值大小，根据期望的谐振峰值大小来预设阻尼系数的大小。

如图2所示，是上述伺服控制器实现电机闭环控制的原理示意图，该伺服控制器具体可包括位置环1、速度环11和电机电磁理想模型111。位置环1的位置指令θ_com与位置反馈θ_m的传递函数可表达为:

简化上式，可得：

其中，ω_p为预设位置环带宽，θ_m为位置反馈，θ_com为位置指令，s为复频域符号，α为ip调整系数，K_pv为速度比例增益，K_vff为速度前馈系数，K_pp为位置增益，K_iv为速度积分增益，D为粘滞系数，J为惯量。

在上述伺服控制器中，位置指令θ_com及位置反馈θ_m的差值输入位置环1(该位置环1的位置增益为K_pp)，位置环1的输出经速度前馈值ω_ff补偿获得速度指令ω_com，上述速度指令ω_com与速度反馈ω_m的差值输入到速度环11(该速度环11的速度积分增益为Kiv)。速度环11的输出经ip调整系数α及速度反馈ω_m补偿后使用速度比例增益K_pv进行调整。为简化分析，本发明实施例的理想电流环的传递函数近似为1，电流指令到电机产生的电磁力矩的电机电磁理想模型等于KT。

步骤S2：伺服控制器根据预设位置环带宽获取调整参数值，并根据调整参数值控制电机运行,调整参数值包括以下的一个或多个：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益、ip调整系数。

为了简化参数调试，但因阶数越高控制越复杂，因此本发明实施例将伺服控制器系统简化成1阶系统来达到最简便的调整说明，且令该1阶系统传递函数的分母：

D(s)＝(s+ω_p)(s²+2ζω_vs+ω_v ²)＝s³+(ω_p+2ζω_v)s²+(2ζω_vω_p+ω_v ²)s+ω_v ²ω_p(3)

令该1阶系统传递函数的分子：

N(s)＝ω_p(s²+2ζω_vs+ω_v ²)＝ω_ps²+2ζω_vω_ps+ω_v ²ω_p (4)

其中，ω_v为速度带宽。

如果已有伺服控制器系统的传递函数(2)的分母与分子能简化成1阶系统传递函数的分母(3)与分子(4)的这种形式，那么实际中的相关调整参数就可以找到一种关系来简化，把相关调整参数通过算法相互联动起来，这样就可以达到简化参数调试的目的。实践发现，如果把他们各自的项一一对应，发现确实可以将已有伺服控制器系统的传递函数(2)的分母与分子简化成1阶系统传递函数的分母(3)与分子(4)的这种形式。

将分母与分子分别与标准传递函数对比，只有当两者一致才能变成标准传递函数，由此再令：

K_pp＝ω_p (5)

K_pvK_iv＝ω_v ² (6)

将ω_p的值赋给K_pp，然后代入传递函数中。

在本发明实施例提供的参数自调整方法中，还包括：伺服控制器接收输入的预设阻尼系数ζ，根据预设位置环带宽及预设阻尼系数ζ确定速度带宽ω_v：

ω_v＝2ζω_p (7)

上述调整参数值包括速度前馈系数K_vff，伺服控制器根据预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取速度前馈系数K_vff：

上述调整参数值可包括速度比例增益K_pv，伺服控制器根据预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取速度比例增益K_pv：

其中，D为粘滞系数且为已知量，J为惯量且为已知量。即可根据预设阻尼系数ζ和上述获得的速度带宽ω_v获得速度比例增益K_pv。

上述调整参数值可包括速度积分增益K_iv，伺服控制器根据预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取速度积分增益K_iv：

K_iv＝ω_v ²/K_pv (10)

即可根据上述获得的速度带宽ω_v和速度比例增益K_pv获得速度积分增益K_iv。

上述调整参数值可包括ip调整系数α，伺服控制器根据预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取ip调整系数α：

即可根据预设位置环带宽ω_p和上述获得的速度前馈系数K_vff、速度比例增益K_pv获得ip调整系数α。

本发明实施例的参数自调整方法在保证系统稳定基础上，通过预设阻尼系数和预设位置环带宽，根据理论推导计算得出相关调整参数：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益和ip调整系数，简化了调整过程和节约了调整时间。

本发明实施例还提供一种参数自调整设备，如图3所示，该参数自调整设备6包括存储单元61和处理单元62，存储单元61中存储有可在处理单元62执行的计算机程序，且处理单元62执行计算机程序时实现如上所述的参数自调整方法的步骤。本实施例中的参数自调整设备6与上述图1对应实施例中的参数自调整方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的参数自调整方法的步骤。本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1对应实施例中的参数自调整方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种参数自调整方法，用于实现伺服控制器参数调整，其特征在于，包括：

所述伺服控制器接收输入的预设位置环带宽；

所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，并根据所述调整参数值控制电机运行,所述调整参数值包括以下的一个或多个：位置增益、速度前馈系数、速度比例增益、速度积分增益、ip调整系数。

2.根据权利要求1所述的参数自调整方法，其特征在于，所述伺服驱动器根据所述调整参数值控制电机运行，包括：

根据所述调整参数值确定以下传递函数，并根据所述传递函数控制电机运行；

其中，ω_p为预设位置环带宽，θ_m为电动机位置，θ_com为位置环位置指令，s为复频域符号，α为ip调整系数，K_pv为速度比例增益，K_vff为速度前馈系数，K_pp为位置增益，K_iv为速度积分增益，D为粘滞系数，J为惯量。

3.根据权利要求2所述的参数自调整方法，其特征在于，所述调整参数值包括位置增益K_pp，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述位置增益K_pp：K_pp＝ω_p。

4.根据权利要求2所述的参数自调整方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述伺服控制器接收输入的预设阻尼系数ζ；根据所述预设位置环带宽及所述预设阻尼系数ζ确定速度带宽ω_v：ω_v＝2ζω_p。

5.根据权利要求4所述的参数自调整方法，其特征在于，所述调整参数值包括速度前馈系数K_vff；所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度前馈系数K_vff：

6.根据权利要求5所述的参数自调整方法，其特征在于，所述调整参数值包括速度比例增益K_pv，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度比例增益K_pv：

7.根据权利要求6所述的参数自调整方法，其特征在于，所述调整参数值包括速度积分增益K_iv，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取所述速度积分增益K_iv：K_iv＝ω_v ²/K_pv。

8.根据权利要求6所述的参数自调整方法，其特征在于，所述调整参数值包括ip调整系数α，所述伺服控制器根据所述预设位置环带宽获取调整参数值，包括：根据以下计算式获取ip调整系数α：

9.一种参数自调整设备，其特征在于，包括存储单元和处理单元，所述存储单元中存储有可在所述处理单元执行的计算机程序，且所述处理单元执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的参数自调整方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述参数自调整方法的步骤。