CN109586633B - 机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法 - Google Patents

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Abstract

机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，属于高精度推力矢量控制伺服系统技术领域。本发明方法通过精确控制启动舵速实现软启动，消除启动噪音，平滑的过渡到稳态；通过添加舵速补偿实现在任意工况下，保证系统在设定舵速平稳运行；同时通过设置位置保护保证在设定舵速下运行不损坏机构，能够提供高可控的稳态性能和低噪音，同时实现舵速和位置的双重控制。

Description

机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法
技术领域
本发明涉及一种机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，属于高精度推力矢量控制伺服系统技术领域。
背景技术
传统的大功率伺服控制利用液压站，伺服阀进行控制，其噪音大，不稳定，受制于整个系统，可靠性低。机电静压伺服系统具有体积小，噪音低，易维护，控制灵活、自成系统等特点，非常适用与需要低噪音、大功率输出、可靠性高、多冗余并联、长时间运行的系统。传统的伺服控制以位置控制为主，强调动态响应性能，而一些场景需要以高可控的稳态性能为主，伺服系统的平稳性、低噪声等特点是其主要的考核指标。传统的单纯的舵速闭环存在抖动较大，不易加位置保护，起停噪音大问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的噪音大，提供了一种机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，解决了传统伺服系统控制变量单一的问题，既能保证系统动态和稳态特性，又能极大地减少系统噪音。
本发明的技术解决方案是：机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，实时检测作动器的位置，输出位置反馈信号至位置控制器；所述位置反馈信号为作动器舵角；位置控制器实时接收上位机发送的控制指令和位置反馈信号，将所述控制指令中的舵角设定值与位置反馈信号比较后输出位置控制信号；将所述位置控制信号与舵速补偿信号比较后，依次经过速度闭环和电流闭环，生成SVPWM信号，驱动电机，带动作动器以控制指令中的舵速设定值到达指定舵角；同时实时检测电机转速，若电机转速小于低转速阈值，则将控制指令中的舵速设定值设置为保护速度；若电机转速不小于低转速阈值，则根据控制需求设置控制指令中的舵速设定值；所述舵速补偿信号由作动器的舵速测量值和所述控制指令中的舵速设定值相比较得到。
进一步地，所述电机转速不小于低转速阈值时，将控制指令中的舵速设定值设置为作动器速度的最大值。
进一步地，所述控制指令中的舵角设定值为正时，将控制指令中的舵速设定值为作动器速度正向的最大值；所述控制指令中的舵角设定值为负时，将控制指令中的舵速设定值为作动器速度负向的最大值。
进一步地，所述最大值为30mm/s。
进一步地，所述控制指令中的舵角设定值为所述作动器的行程极值。
进一步地，所述控制指令中的舵速设定值为正，则将控制指令中的舵角设定值设置为舵角行程的最大值；若控制指令中的舵速设定值为负，则将控制指令中的舵角设定值设置为舵角行程的最小值。
进一步地，所述行程极值为300mm。
进一步地，所述舵速测量值为所述位置反馈信号的微分。
进一步地，所述低转速阈值为300r/min。
进一步地，所述保护速度为10～20mm/s。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法通过在舵速控制时，添加位置保护机制，解决了单独舵速控制可能撞缸的问题，达到了舵速模式下有效保护机构；
(2)本发明方法通过添加舵速补偿算法，解决了机电静压伺服系统长期运行，泄漏等问题造成的同转速下舵速减少的问题，达到了长时运行情况下，能保证最大舵速精确控制；
(3)本发明方法通过在启停阶段，限制电机转速变化斜率，解决了起停振动和噪音问题，达到了消除启动噪音，减少振动，稳态性能优异的控制效果。
附图说明
图1为本发明机电静压伺服系统控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明。
如图1，机电静压伺服系统由控制器101、驱动器102、双出轴大功率伺服电机泵103、电源104组成。其中控制器内部由位置环108、速度环109、电流环110组成，EHA作动器由永磁同步电机105、旋转变压器106、磁致伸缩位置传感器107组成。控制器101接收上位机指令，并采集旋转变压器106、磁致伸缩位置传感器107、电流传感器111、112反馈回来的位置、速度、电流信息，完成位置环108、速度环109、电流环110三环控制，产生SVPWM控制，经驱动电路102进行功率放大，用于驱动双出轴大功率伺服电机泵103进行往复运动，完成由电源104提供的电能到机械能的变换。
如图1所示，位置舵角控制201时，监控舵速线位移速度202，根据舵速调整电机速度203，以满足一定舵速下到达某位置的控制要求。舵速控制208时候，根据舵速的正负，把位置设置到两端最大行程处，同时根据监控的舵速202，调整电机转速203，以完成以一定的舵速运行的控制要求，由于位置设置在行程最大端，所以其具有在超出极限位置时自动保护的功能。
操舵分为两种模式，一种是位置(舵角)模式，要求伺服系统按照默认的最大舵速运行到指定位置，当设定位置(舵角)大于当前位置(舵角)时，设定最大舵速为正舵速，机构伸出；当设定位置(舵角)小于当前位置(舵角)时，设定最大舵速为负舵速，机构缩回；另一种模式是舵速模式，要求伺服系统按照设定的舵速运行，当设定舵速为正舵速时，机构伸出；当设定舵速为负舵速时，机构缩回；这种模式下，为了使机构不超出量程，设定位置(舵角)为机构极值。
实施例
某项目用的伺服机构行程为±300mm，要求的最大舵速为±30mm/s，位置精度为±1mm，可控的平均速度精度为±3mm/s，电机转速0～±1800rpm，位置(舵角)模式下，设定位置为某一具体位置时，通过连接在作动器上的位置传感器实时检测舵机位置，并按照100ms周期计算平均舵速，当舵机平均速度偏差最大舵速时，调整电机限速的极值，使得当前舵速跟随最大舵速运行，其绝对值维持在30mm/s范围内，舵机以设定限制速度运行，在舵机从停止到运动时候，由于机构惯性，此时测量的平均舵速较低，此时的舵速设定为20mm/s的速度，防止电机转速过高，机构振动，确保平稳启动；在机构从运行到停止的过程中由于位置闭环的作用，电机转速是逐渐降低，能较平稳的停止。
本发明提出的方法已实际应用于某型号的舵机控制，取得了良好的技术效果。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：实时检测作动器的位置，输出位置反馈信号至位置控制器；所述位置反馈信号为作动器舵角；位置控制器实时接收上位机发送的控制指令和位置反馈信号，将所述控制指令中的舵角设定值与位置反馈信号比较后输出位置控制信号；将所述位置控制信号与舵速补偿信号比较后，依次经过速度闭环和电流闭环，生成SVPWM信号，驱动电机，带动作动器以控制指令中的舵速设定值到达指定舵角；同时实时检测电机转速，若电机转速小于低转速阈值，则将控制指令中的舵速设定值设置为保护速度；若电机转速不小于低转速阈值，则根据控制需求设置控制指令中的舵速设定值；所述舵速补偿信号由作动器的舵速测量值和所述控制指令中的舵速设定值相比较得到；
所述电机转速不小于低转速阈值时，将控制指令中的舵速设定值设置为作动器速度的最大值；
所述控制指令中的舵角设定值为正时，将控制指令中的舵速设定值为作动器速度正向的最大值；所述控制指令中的舵角设定值为负时，将控制指令中的舵速设定值为作动器速度负向的最大值。
2.根据权利要求1所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述最大值为30mm/s。
3.根据权利要求1所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于，所述控制指令中的舵角设定值为所述作动器的行程极值。
4.根据权利要求3所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述控制指令中的舵速设定值为正，则将控制指令中的舵角设定值设置为舵角行程的最大值；若控制指令中的舵速设定值为负，则将控制指令中的舵角设定值设置为舵角行程的最小值。
5.根据权利要求4所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述行程极值为300mm。
6.根据权利要求1所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述舵速测量值为所述位置反馈信号的微分。
7.根据权利要求1所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述低转速阈值为300r/min。
8.根据权利要求1所述的机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法，其特征在于：所述保护速度为10～20mm/s。
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