CN109936317A - 一种力矩补偿器控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种力矩补偿器控制方法及装置，其中，力矩补偿器控制方法包括：力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器；采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角，并由上述参数获取主机和补偿器电机之间的转速差和转角差；抗干扰控制模块获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量并生成调控转速；主控制器根据转角差、补偿器电机转速和调控转速，对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法及装置，解决了现有电驱动式力矩补偿器因不平衡块的重力扰动，影响力矩补偿器的减震效果问题。

Description

一种力矩补偿器控制方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电驱动机械系统相位跟踪技术领域，尤其涉及一种力矩补偿器控制方法及装置。

背景技术

随着现代船舶工业的不断发展，作为大型运输行业的主机，低速机功率不断增加，低速机的主机振动的激振力越来越大，可能导致主机结构件及连接件损坏、管路泄露等不利现象，并引起船员的不适。而与此同时，国际噪声法规日趋严格，国际公约、法规对船上振动噪声防护要求不断提升。对于船用低速机，由于其较为笨重，频率低、幅值较大，谱线相对单一，给振动的控制带来很大的困难。在低速机中，一次的不平衡力与力矩，由于与转速同谐次，一般可以通过平衡重或者平衡盘，得到有效的解决。而对于低速机振动产生较大影响的二次力矩成分，一般在主机外部通过产生反向力的力矩补偿器来抵消或者减少船舶振动。

力矩补偿器从形式上主要分为机械式和电动势式两种，机械式力矩补偿器一般需要安装在主机机体上，由曲轴通过齿轮或者链条传动方式驱动；电驱动式力矩补偿器一般由电动马达直接驱动，安装更为灵活自由，同时，相比较机械式力矩补偿器，由于电驱动式力矩补偿器一般安装至舵机舱，力臂较长，不平衡量质量大大减小。此外，机械式力矩补偿器由于安装在主机机体，运行过程由于不平衡力过大，可能引起低速机主机机体被破坏的问题，而电驱动式力矩补偿器能够避免上述机体被破坏的问题。

电驱动式力矩补偿器往往通过将不平衡块产生的不平衡重与主机的不平衡力矩相匹配，实现力矩补偿过程，但是不平衡块由于重力作用，在转动过程中往往存在较大的波动力矩，从而影响不平衡块的转动稳定性，使得力矩补偿器减震效果下降。

发明内容

本发明提供一种力矩补偿器控制方法及装置，以解决现有电驱动式力矩补偿器的不平衡块的重力扰动，影响力矩补偿器的减震效果问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种力矩补偿器控制方法，所述力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器；

所述力矩补偿器控制方法，包括：

所述采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角；

所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差；

所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速；

所述主控制器根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和所述调控转速，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

可选的，所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差，包括：所述采集及分析模块将二倍的主机转速与补偿器电机转速之间的差值作为所述主机和补偿器电机之间的转速差；所述采集及分析模块将二倍的主机转角与补偿器电机转角之间的差值作为所述主机和所述补偿器电机之间的转角差。

可选的，所述采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角，包括：所述采集及分析模块在所述主机每转过一圈时发出一个主机端第一脉冲信号Z_engine，在所述主机每转过360°/N时发出1个主机端第二脉冲信号A_engine，并且在所述Z_engine的个数每增加1，将所述A_engine的个数清零；所述采集及分析模块在所述补偿器电机每转过一圈时发出一个补偿器端第一脉冲信号Z_com，在所述补偿器电机每转过360°/N时发出1个补偿器端第二脉冲信号A_com，并且在所述Z_com的个数每增加1，将所述A_com的个数清零；N为大于或等于2的正整数；若所述主机转动一分钟后所述采集及分析模块发出了b1个Z_engine，则主机转速REV_engine＝b1；若所述补偿器电机转动一分钟后所述采集及分析模块发出了b2个Z_com，则补偿器电机转速REV_com＝b2；若所述主机自开始转动至当前位置，所述采集及分析模块发出了c1个Z_engine，d1个A_engine，则所述采集及分析模块获取所述主机转角Ang_engine＝360°*c1+d1*360°/N；若所述补偿器电机自开始转动至当前位置，所述采集及分析模块发出了c2个Z_com，d2个A_com，则所述采集及分析模块获取所述补偿器电机转角Ang_com＝360°*c2+d2*360°/N。

可选的，所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差，包括：所述采集及分析模块根据所述主机转速REV_engine和所述补偿器电机转速REV_com，获取所述主机和补偿器电机之间的转速差ERR1＝2b1-b2；根据所述主机转角Ang_engine和所述补偿器电机转角Ang_com，获取所述主机和所述补偿器电机之间的转角差ERR2＝2Ang_engine-Ang_com。

可选的，所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速，包括：所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角，获取所述力矩补偿器的不平衡块以补偿器电机转轴为旋转中心，以所述不平衡块与所述旋转中心的连线为半径，由不平衡块的上死点位置旋转至当前位置的旋转角度β，其中，0°≤β≤360°；所述不平衡块的上死点位置为所述不平衡块位于所述旋转中心的垂直上方的位置；根据所述旋转角度β，获取所述不平衡块在当前位置的重力力矩扰动量M_gravity＝m_BgRsin(β)；其中，m_B为不平衡块重力大小；g为重力加速度；R为所述不平衡块的旋转半径；根据所述不平衡块的重力力矩扰动量M_gravity获取抗干扰模块需要加载至所述力矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward＝-m_BgRsin(β)；根据所述矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward获取所述抗干扰模块输入至变频器的转速其中，N为所述变频器接收的最大转速参考值I_H和最低转速参考值I_L的差值；M_{transducer_max}为所述变频器接收最大转速参考值I_H时对应输出的最大输出扭矩；M_{transducer_min}为所述变频器接收所述最低转速参考值I_L时对应输出的最小输出扭矩。

可选的，所述主控制器包括转速PID控制单元和转角PID控制单元；所述主控制器根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和重力力矩扰动量，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零，包括：所述采集及分析模块判断所述转速差是否小于第一阈值；若否，则控制所述转速PID控制单元通过变频器对所述补偿器电机转速进行调整，以将所述转速差调整至小于所述第一阈值；若是，则启动所述转角PID控制单元和抗干扰控制模块；启动所述转角PID控制单元和抗干扰控制模块后，所述采集及分析模块将所述转角差输送至所述转角PID控制单元；所述转角PID控制单元根据所述转角差获取转角校正信号；所述转角PID控制单元将所述转角校正信号发送至所述转速PID控制单元，所述采集及分析模块将所述补偿器电机转速输送至所述转速PID控制单元；所述转速PID控制单元根据所述转角校正信号和所述补偿器电机转速获取所述转速校正信号；所述转速PID控制单元将所述转速校正信号发送至所述变频器，所述抗干扰控制模块将所述调控转速发送至所述变频器，使得所述变频器控制所述补偿器电机转速，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

第二方面，本发明实施例还提供了一种力矩补偿器控制装置，适用于本发明任意实施例提供的力矩补偿器控制方法，包括：采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器；

所述采集及分析模块用于采集主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角；所述采集及分析模块还用于根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差；

所述抗干扰控制模块与所述采集及分析模块电连接，用于根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速；

所述主控制器分别与所述采集及分析模块和所述抗干扰控制模块电连接，用于根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和所述调控转速，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

可选的，采集及分析模块包括多个霍尔传感器或者编码器；所述霍尔传感器或者编码器用于测量主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角。

可选的，所述主控制器包括转速PID控制单元和转角PID控制单元；所述采集及分析模块与所述转角PID控制单元电连接，用于将所述转角差发送至转角PID控制单元，所述转角PID控制单元用于根据所述转角差获取位置校正信号；所述转角PID控制单元与所述转速PID控制单元电连接，用于将所述位置校正信号发送至所述转速PID控制单元；所述采集及分析模块与所述转速PID控制单元电连接，用于将所述补偿器电机转速输送至所述转速PID控制单元；所述转速PID控制单元与力矩补偿器的变频器电连接，用于将所述转速校正信号发送至所述变频器，所述抗干扰控制模块与所述变频器电连接，用于将所述调控转速发送至所述变频器。

本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法及装置，力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器，上述三部分构成反馈控制系统，其中采集及分析模块分别采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角等参数，并根据上述参数获取主机和补偿器电机之间的转速差和转角差，主控制器根据上述参数对补偿器电机转速和转角进行调整，从而使得补偿器电机能够跟踪主机相位，此外，通过抗干扰控制模块获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据该重力力矩扰动量对补偿器电机转角进行调节，使得补偿器电机能够提高对主机相位的跟踪精度，避免不平衡块转动过程中因重力影响存在较大的波动力矩，从而避免较大的波动力矩影响不平衡块的转动稳定性，本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法，抗干扰控制模块产生的调控转速能够对重力力矩扰动量进行抵消，防止不平衡块的重力对补偿器电机的相位跟踪精度产生影响，从而提高力矩补偿器的减震效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制装置结构示意图；

图3是本发发明实施例提供的一种补偿器电机在平行于转轴旋转方向上的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种力矩补偿器控制方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种主控制器的控制方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制装置的工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在船舶等工业设备中，低速机的主机在功率加大过程中，常常会产生较大的振动，较大的震动会产生多次不平衡力与力矩，对主机的转动产生影响，对于一次的不平衡力与力矩，很容易通过平衡重或者平衡盘进行抵消，而对于二次力与力矩，需要在主机外部通过力矩补偿器产生相反的力矩来抵消。力矩补偿器主要通过产生与主机的二次力矩相反相位的激励来抵消或减少船舶振动，电驱动式力矩补偿器不安装在主机机体上，而是设置在舵机舱中，力矩补偿器包括补偿器电机、不平衡块和变频器，不平衡块由补偿器电机带动转动，不平衡块产生的力矩应与主机产生的二次力矩大小相等，方向相反，并且为了保证不平衡块产生的力矩实时与主机产生的二次力矩相抵消，需保证补偿器电机精准的对主机转动相位进行跟踪。但是补偿器电机带动不平衡块转动过程中，不平衡块的重力产生的部分力矩会对不平衡块产生的转动力矩造成影响，可称之为不平衡块的重力力矩扰动量，示例性的，若不平衡块转动的平面为竖直方向，则不平衡块在不用的位置处，不平衡块的重力力矩扰动量不同，从而补偿器电机不能够精准地对主机相位进行跟踪，从而也不能够将主机产生的二次力矩抵消。

为解决不平衡块的重力力矩扰动量对补偿器电机的相位跟踪精度产生的影响，本发明实施例提供了一种力矩补偿器控制方法，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制方法的流程示意图，力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器，力矩补偿器控制方法包括：

S101、采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角。

参考图2，图2是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制装置结构示意图，力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块11、抗干扰控制模块13以及主控制器12，采集及分析模块11与主控制器12电连接，采集及分析模块11包括多个采集器，多个采集器用于分别采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角。主机转速即为需要进行力矩补偿的低速机的主机的转速，主机转角为低速机的主机自启动转动至检测时刻转过的角度，同理，补偿器电机转速为力矩补偿器的补偿器电机的转速，补偿器电机转角为补偿器电机自启动转动至检测时刻转过的角度。所述采集器可为霍尔传感器或编码器，所述霍尔传感器或编码器能够有效测量主机或补偿器电机在一定时间内转过的角度，从而获取转速或转角。采集及分析模块11在采集到主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角等参数后，可将采集的上述参数发送至主控制器12，使得主控制器12根据上述参数对补偿器电机的转速或转角进行调整，并可将上述参数进行存储，以对力矩补偿器的力矩补偿效果过程进行跟踪和记录。

S102、采集及分析模块根据主机转速和补偿器电机转速获取主机和补偿器电机之间的转速差，并根据主机转角和补偿器电机转角获取主机和补偿器电机之间的转角差。

采集及分析模块11还能够进一步对上述检测的各参数进行分析和计算，比如，采集及分析模块11能够根据主机转速和补偿器电机转速获取主机和补偿器电机之间的转速差，并根据主机转角和补偿器电机转角获取主机和补偿器电机之间的转角差，并将其获取的转速差和转角差传输至主控制器12，使得主控制器12根据上述转速差和转角差对补偿器电机的转速和转角进行调整，以使主机和补偿器电机之间的转角差趋于零。

S103、抗干扰控制模块根据补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据重力力矩扰动量获取调控转速。

抗干扰控制模块13与采集及分析模块11电连接，用于获取补偿器电机转角的具体数值，抗干扰控制模块13能够根据补偿器电机转角获取该位置处不平衡块的重力力矩扰动量，因为不同的转角位置，不平衡块的重力在补偿器电机的转动方向上产生的作用力不同，从而产生不同的力矩扰动量，则不平衡块因重力产生的力矩扰动量即为重力力矩扰动量，参考图3，图3是本发发明实施例提供的一种补偿器电机在平行于转轴旋转方向上的结构示意图，假设带动补偿器电机转动的转轴平行于水平方向，则补偿器电机的旋转方向则垂直于水平方向，如图3所示，当不平衡块21旋转至位置P时，不平衡块21的重力方向与转动方向之间存在夹角α1，当不平衡块21旋转至位置P＇时，不平衡块21的重力方向与转动方向之间存在夹角α2，夹角α1与夹角α2不同，则重力在转动方向上的重力分量不同位置是不同的，并且重力分量产生的力矩也不同，所以补偿器电机在不同转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量不同，重力力矩扰动量对补偿器电机的转速或者转角造成影响，使得补偿器电机不能精准地对主机进行相位跟踪，影响力矩补偿器的减震效果。

本实施通过抗干扰控制模块产生一个重力力矩扰动量大小相同，方向相反的力矩对上述重力力矩扰动量进行抵消，从而避免重力力矩扰动量对补偿器电机转角的影响，从而使得补偿器电机能够对主机进行精准的相位跟踪。抗干扰控制模块提供的用于抵消重力力矩扰动量的力矩可通过转速进行体现，即抗干扰控制模块可根据产生调控转速，并通过调控转速对补偿器电机进行控制。

S104、主控制器根据转速差、转角差、补偿器电机转速和调控转速，对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。

继续参考图2，主控制器12通过采集及分析模块11获取转速差、转角差以及补偿器电机转速，通过抗干扰控制模块13获取调控转速，使得主控制器12对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零，即使主机和补偿器电机相位趋于一致。

本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法，力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器，上述三部分构成反馈控制系统，其中采集及分析模块分别采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角等参数，并根据上述参数获取主机和补偿器电机之间的转速差和转角差，主控制器根据上述参数对补偿器电机转速和转角进行调整，从而使得补偿器电机能够跟踪主机相位，此外，通过抗干扰控制模块获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据该重力力矩扰动量对补偿器电机转角进行调节，使得补偿器电机能够提高对主机相位的跟踪精度，避免不平衡块转动过程中因重力影响存在较大的波动力矩，从而避免较大的波动力矩影响不平衡块的转动稳定性，本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法，抗干扰控制模块产生的调控转速能够对重力力矩扰动量进行抵消，防止不平衡块的重力对补偿器电机的相位跟踪精度产生影响，从而提高力矩补偿器的减震效果。

以上是本发明的核心思想，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。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。

可选的，采集及分析模块根据主机转速和补偿器电机转速获取主机和补偿器电机之间的转速差，并根据主机转角和补偿器电机转角获取主机和补偿器电机之间的转角差，可以包括：采集及分析模块将二倍的主机转速与补偿器电机转速之间的差值作为主机和补偿器电机之间的转速差；采集及分析模块将二倍的主机转角与补偿器电机转角之间的差值作为主机和补偿器电机之间的转角差。

因为力矩补偿器消除的为主机的二次力矩成分，则补偿器电机转速需要调至主机转速的二倍，则补偿器产生的力矩才能够与主机的二次力矩进行抵消。所以本实施采集及分析模块将二倍的主机转速与补偿器电机转速之间的差值作为主机和补偿器电机之间的转速差，将二倍的主机转角与补偿器电机转角之间的差值作为主机和补偿器电机之间的转角差。主机转角即为自开始转动主机转过的角度，补偿器电机转角即为自开始转动补偿器电机转过的角度。

可选的，本发明实施例还提供了一种力矩补偿器控制方法，参考图4，图4是本发明实施例提供的另一种力矩补偿器控制方法的流程示意图，力矩补偿器控制方法包括：

S201、采集及分析模块在主机每转过一圈时发出一个主机端第一脉冲信号Z_engine，在主机每转过360°/N时发出1个主机端第二脉冲信号A_engine，并且在Z_engine的个数每增加1，将A_engine的个数清零；采集及分析模块在补偿器电机每转过一圈时发出一个补偿器端第一脉冲信号Z_com，在补偿器电机每转过360°/N时发出1个补偿器端第二脉冲信号A_com，并且在Z_com的个数每增加1，将A_com的个数清零。

其中，N为大于或等于2的正整数。采集及分析模块控制其内霍尔传感器或编码器，在主机每转过一圈时发出一个主机端第一脉冲信号Z_engine，Z_engine用于标记主机转过了一圈的角度，在主机每转过360°/N时发出1个主机端第二脉冲信号A_engine，A_engine用于标记在每一圈中，主机转过的角度，并且当Z_engine的个数每增加1时，将A_engine的个数清零一次，防止A_engine累计计数导致转角测量误差的问题。示例性的，若当前检测时刻，若采集及分析模块发出5个Z_engine，1个A_engine时，则表示该主机当前转过5个完整的转数以及60°的角度。N取值可尽可能较大，使得采集及分析模块能够更加精确的测量当前时刻主机转过的角度。

同理，采集及分析模块控制其内霍尔传感器或编码器，补偿器电机每转过一圈时发出一个补偿器端第一脉冲信号Z_com，在补偿器电机每转过360°/N时发出1个补偿器端第二脉冲信号A_com，从而精确获取补偿器电机转过的精确角度，从而对补偿器电机转速或补偿器电机转角进行精确测量。

S202、若主机转动一分钟后采集及分析模块发出了b1个Z_engine，则主机转速REV_engine＝b1；若补偿器电机转动一分钟后采集及分析模块发出了b2个Z_com，则补偿器电机转速REV_com＝b2。

已知转速的定义为每分钟电机转过的转数，则测量每分钟主机转过的转数即可获取主机转速REV_engine，即，若主机转动一分钟后采集及分析模块发出了b1个Z_engine，则采集及分析模块可定义主机转速REV_engine＝b1；同理，测量每分钟补偿器电机转过的转数即可获取补偿器电机转速REV_com，即，补偿器电机转动一分钟后采集及分析模块发出了b2个Z_com，则采集及分析模块可定义补偿器电机转速REV_com＝b2。

S203、若主机自开始转动至当前位置，采集及分析模块发出了c1个Z_engine，d1个A_engine，则采集及分析模块获取主机转角Ang_engine＝360°*c1+d1*360°/N。

当主机转动至当前位置时，采集及分析模块获取自主机开始转动至当前位置块发出了c1个Z_engine，d1个A_engine，则采集及分析模块获取主机转过角度，即主机转角Ang_engine＝360°*c1+d1*360°/N。

S204、若补偿器电机自开始转动至当前位置，采集及分析模块发出了c2个Z_com，d2个A_com，则采集及分析模块获取补偿器电机转角Ang_com＝360°*c2+d2*360°/N。

当补偿器电机转动至当前位置时，采集及分析模块获取自补偿器电机开始转动至当前位置块发出了c2个Z_com，d21个A_com，则采集及分析模块获取补偿器电机转过角度，即补偿器电机转角Ang_com＝360°*c2+d2*360°/N。

上述步骤S201～S204为采集及分析模块分别采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角过程，具体的，步骤S202为采集及分析模块采集主机转速REV_engine和补偿器电机转速REV_com的过程，步骤S203为采集主机转角Ang_engine的过程，步骤S204为采集补偿器电机转角Ang_com的过程。上述步骤S202～S204的执行顺序不分先后，并可同时进行。

S205、采集及分析模块根据主机转速REV_engine和补偿器电机转速REV_com，获取主机和补偿器电机之间的转速差ERR1＝2b1-b2；根据主机转角Ang_engine和补偿器电机转角Ang_com，获取主机和补偿器电机之间的转角差ERR2＝2Ang_engine-Ang_com。

步骤S205为采集及分析模块根据主机转速和补偿器电机转速获取主机和补偿器电机之间的转速差，并根据主机转角和补偿器电机转角获取主机和补偿器电机之间的转角差的具体过程，可知，补偿器电机转速REV_com需要与二倍的主机转速REV_engine相比较获得转速差，补偿器电机转角Ang_com也需要与二倍的主机转角Ang_engine相比较获得转速差。

S206、抗干扰控制模块根据补偿器电机转角，获取力矩补偿器的不平衡块以补偿器电机转轴为旋转中心，以不平衡块与旋转中心的连线为半径，由不平衡块的上死点位置旋转至当前位置的旋转角度β。

其中，0°≤β≤360°；不平衡块的上死点位置为不平衡块位于旋转中心的垂直上方的位置。

抗干扰控制模块与采集及分析模块电连接，用于获取补偿器电机转角Ang_com，继续参考图3，抗干扰控制模块将补偿器电机的旋转轴为旋转中心O，以不平衡块21与旋转中心O的连线为半径，根据补偿器电机转角Ang_com获取不平衡块21的上死点位置旋转至当前位置的旋转角度β，电机旋转一周仅有1～360°，所以将旋转角度β的取值范围设置为0°≤β≤360°。将重力不对旋转方向上的力矩造成影响的位置作为不平衡块21的上死点位置，如图3所示，不平衡块21在旋转中心O的垂直上方的位置处时，重力没有分量分散至转动方向(圆周切线方向)，此刻不平衡块21对补偿器电机没有扰动，可将此位置作为不平衡块21的上死点位置，值得注意的是，本实施例中，旋转中心O和不平衡块21形成的旋转平面垂直于水平面设置。

S207、根据旋转角度β，获取不平衡块在当前位置的重力力矩扰动量M_gravity＝m_BgRsin(β)；其中，m_B为不平衡块重力大小；g为重力加速度；R为不平衡块的旋转半径。

抗干扰控制模块根据步骤S206获取的旋转角度β可获取不平衡块21在当前位置的重力力矩扰动量M_gravity，即M_gravity＝m_BgR sin(β)。具体的，m_Bg sin(β)为不平衡块21在转动方向上的重力分量，m_BgR sin(β)则为不平衡块21在转动方向上的重力力矩分量，即重力力矩扰动量M_gravity。

S208、根据不平衡块的重力力矩扰动量M_gravity获取抗干扰模块需要加载至力矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward＝-m_BgR sin(β)。

抗干扰控制模块根据步骤S207获取了重力力矩扰动量M_gravity，则抗干扰控制模块可根据重力力矩扰动量M_gravity获取抗干扰模块需要加载至力矩补偿器上的，与重力力矩扰动量M_gravity大小相同，方向相反的补偿力矩M_feedforward＝-m_BgR sin(β)。

S209、根据矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward获取抗干扰模块输入至变频器的转速

其中，N为变频器接收的最大转速参考值I_H和最低转速参考值I_L的差值；M_{transducer_max}为变频器接收最大转速参考值I_H时对应输出的最大输出扭矩；M_{transducer_min}为变频器接收最低转速参考值I_L时对应输出的最小输出扭矩。

因为在对主机进行力矩调节时，需要通过编码器基于磁通矢量带反馈方式实现，并配置为转矩模块，则抗干扰控制模块需要根据补偿力矩M_feedforward获取需要输入至变频器的转速信号，该转速信号以电流形式输入至变频器，N为变频器接收的最大转速参考值I_H和最低转速参考值I_L的差值，M_{transducer_max}为变频器接收最大转速参考值I_H时对应输出的最大输出扭矩，M_{transducer_min}为变频器接收最低转速参考值I_L时对应输出的最小输出扭矩，则抗干扰模块输入至变频器的转速I_feedforward为

示例性的，若变频器输入端电流信号范围为4～20mA，即最低转速参考值I_L为4mA，最大转速参考值I_H为20mA，并且最低转速参考值4mA对应变频器输出最小输出扭矩M_{transducer_min}，最大转速参考值20mA对应变频器输出最大输出扭矩M_{transducer_max}，则抗干扰模块输入至变频器的转速I_feedforward为

S210、主控制器根据转速差、转角差、补偿器电机转速和重力力矩扰动量，对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。

本实施对采集及分析模块获取主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角的具体过程，以及抗干扰控制模块根据补偿器电机转角获取对变频器的调控转速的具体实现方式进行描述，从而针对重力力矩扰动量产生相应的补偿力矩以对重力力矩扰动量产生的震动进行消除。

本发明实施例还提供了一种主控制器的控制方法，该主控制器的控制方法包括：主控制器根据转速差、转角差、补偿器电机转速和重力力矩扰动量，对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。具体的，参考图5，图5是本发明实施例提供的一种主控制器的控制方法的流程示意图，该主控制器的控制方法可以包括：

S301、采集及分析模块判断转速差是否小于第一阈值；若是，则执行S302，若否，则执行S303。

参考图6，图6是本发明实施例提供的一种力矩补偿器控制装置的工作示意图，主控制器可以包括转速PID控制单元122和转角PID控制单元121，当主控制器开启时，主控制器发出启动指令，启动变频器22，将补偿器电机转速的初始值调整至主机转速的初始值的两倍，同时启动采集及分析模块11中的转速测量单元，若转速测量单元正常启动，则转速测量单元通过CAN总线等传输线路传输至主控制器，主控制器启动转速PID控制单元122，转速测量单元分别实时测量补偿器电机转速和主机转速，并通过采集及分析模块11中的分析单元获取主机转速与补偿器电机转速之间的转速差，并判断转速差是否被控制在第一阈值范围内，若是则执行S303以控制转速PID控制单元122和转角PID控制单元121同时工作，以对补偿器电机转角进行控制，若否，则说明转速差过大，还需要通过转速PID控制单元122对补偿器电机转速进行控制，从而减低将转速差调整至小于第一阈值，主控制器对转速PID控制单元122的PID参数进行调整，实现补偿器电机转速对主机转速的转速跟踪。

S302、控制转速PID控制单元通过变频器对补偿器电机转速进行调整，以将转速差调整至小于第一阈值，之后执行S303。

S303、启动转角PID控制单元和抗干扰控制模块。

S304、采集及分析模块将转角差输送至转角PID控制单元；转角PID控制单元根据转角差获取转角校正信号。

主机和补偿器电机的转速差调整至小于第一阈值后，采集及分析模块11的转角测量单元测量获取主机的主机转角和补偿器电机转角，并且分析单元用于获取主机和补偿器电机的转角差，采集及分析模块11还用于将转角差输送至转角PID控制单元121，转角PID控制单元121根据上述转角差产生转角校正信号至转速PID控制单元122。

S305、转角PID控制单元将转角校正信号发送至转速PID控制单元，采集及分析模块将补偿器电机转速输送至转速PID控制单元；转速PID控制单元根据转角校正信号和补偿器电机转速获取转速校正信号。

转速PID控制单元122的输入端分别与转角PID控制单元121和采集及分析模块11电连接，用于获取转角校正信号和补偿器电机转速，从而获取转速校正信号。

S306、转速PID控制单元将转速校正信号发送至变频器，抗干扰控制模块将调控转速发送至变频器，使得变频器控制补偿器电机转速，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。

抗干扰控制模块13与采集及分析模块11电连接，用于获取补偿器电机转角，并根据补偿器电机转角获取重力力矩扰动量，从而根据重力力矩扰动量产生用于抵消重力力矩扰动量的调控转速。变频器22的输入端分别与转速PID控制单元122和抗干扰控制模块13电连接，使得补偿器对补偿器电机转速进行控制，本实施例中主控器同时对转速PID控制单元122和转角PID控制单元121进行PID参数控制，使得主机和补偿器电机的转角差趋于零，便于补偿器电机对主机相位跟踪，调控转速能够避免重力力矩扰动量对补偿器电机的转速和相位跟踪产生影响，大大降低主机震动。

指的注意的是，图6所示的力矩补偿器控制装置虽然画出了多个采集及分析模块11，但仅为便于进行图示示意说明，本发明实施例中的力矩补偿器控制装置包括一个采集及分析模块11，并且采集及分析模块11分别与转速PID控制单元122、转角PID控制单元121和补偿器电机2电连接。

本实施例中，采用转速PID控制单元和转角PID控制单元的双环PID控制方法，并且通过抗干扰控制模块的调控转速对不平衡块的重力力矩扰动量进行抵消，从而使得补偿器能够准确地跟踪主机转角，从而提高力矩补偿器的减震效果。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种力矩补偿器控制装置。本实施例提供的力矩补偿器控制装置可执行本发明任意实施例提供的力矩补偿器控制方法，参考图2，该力矩补偿器控制装置包括：采集及分析模块11、抗干扰控制模块13以及主控制器12；

采集及分析模块11用于采集主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角；采集及分析模块11还用于根据主机转速和补偿器电机转速获取主机和补偿器电机之间的转速差，并根据主机转角和补偿器电机转角获取主机和补偿器电机之间的转角差；

抗干扰控制模块13与采集及分析模块11电连接，用于根据补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据重力力矩扰动量获取调控转速；

主控制器12分别与采集及分析模块11和抗干扰控制模块13电连接，用于根据转速差、转角差、补偿器电机转速和调控转速，对补偿器电机转角进行调节，从而使得主机和补偿器电机的转角差趋于零。

本发明实施例中的力矩补偿器控制装置，包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器，上述三部分构成反馈控制系统，其中采集及分析模块分别采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角等参数，并根据上述参数获取主机和补偿器电机之间的转速差和转角差，主控制器根据上述参数对补偿器电机转速和转角进行调整，从而使得补偿器电机能够跟踪主机相位，此外，通过抗干扰控制模块获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据该重力力矩扰动量对补偿器电机转角进行调节，使得补偿器电机能够提高对主机相位的跟踪精度，避免不平衡块转动过程中因重力影响存在较大的波动力矩，从而避免较大的波动力矩影响不平衡块的转动稳定性，本发明实施例提供的力矩补偿器控制方法，抗干扰控制模块产生的调控转速能够对重力力矩扰动量进行抵消，防止不平衡块的重力对补偿器电机的相位跟踪精度产生影响，从而提高力矩补偿器的减震效果。

可选的，采集及分析模块可以包括多个霍尔传感器或者编码器；霍尔传感器或者编码器用于测量主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角。

可选的，继续参考图6，主控制器可以包括转速PID控制单元122和转角PID控制单元121；采集及分析模块11与转角PID控制单元121电连接，用于将转角差发送至转角PID控制单元121，转角PID控制单元121用于根据转角差获取位置校正信号；转角PID控制单元121与转速PID控制单元122电连接，用于将位置校正信号发送至转速PID控制单元122；采集及分析模块11与转速PID控制单元122电连接，用于将补偿器电机转速输送至转速PID控制单元122；转速PID控制单元122与力矩补偿器的变频器22电连接，用于将转速校正信号发送至变频器，抗干扰控制模块13与变频器22电连接，用于将调控转速发送至变频器22。

本实施例中，采用转速PID控制单元和转角PID控制单元的双环PID控制方法，并且通过抗干扰控制模块的调控转速对不平衡块的重力力矩扰动量进行抵消，从而使得补偿器能够准确地跟踪主机转角，从而提高力矩补偿器的减震效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述力矩补偿器控制装置包括采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器；

所述力矩补偿器控制方法，包括：

所述采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角；

所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差；

所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速；

所述主控制器根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和所述调控转速，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

2.根据权利要求1所述的力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差，包括：

所述采集及分析模块将二倍的主机转速与补偿器电机转速之间的差值作为所述主机和补偿器电机之间的转速差；

所述采集及分析模块将二倍的主机转角与补偿器电机转角之间的差值作为所述主机和所述补偿器电机之间的转角差。

3.根据权利要求1所述的力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述采集及分析模块采集主机转速、主机转角、补偿器电机转速和补偿器电机转角，包括：

所述采集及分析模块在所述主机每转过一圈时发出一个主机端第一脉冲信号Z_engine，在所述主机每转过360°/N时发出1个主机端第二脉冲信号A_engine，并且在所述Z_engine的个数每增加1，将所述A_engine的个数清零；所述采集及分析模块在所述补偿器电机每转过一圈时发出一个补偿器端第一脉冲信号Z_com，在所述补偿器电机每转过360°/N时发出1个补偿器端第二脉冲信号A_com，并且在所述Z_com的个数每增加1，将所述A_com的个数清零；N为大于或等于2的正整数；

若所述主机转动一分钟后所述采集及分析模块发出了b1个Z_engine，则主机转速REV_engine＝b1；若所述补偿器电机转动一分钟后所述采集及分析模块发出了b2个Z_com，则补偿器电机转速REV_com＝b2；

若所述主机自开始转动至当前位置，所述采集及分析模块发出了c1个Z_engine，d1个A_engine，则所述采集及分析模块获取所述主机转角Ang_engine＝360°*c1+d1*360°/N；

若所述补偿器电机自开始转动至当前位置，所述采集及分析模块发出了c2个Z_com，d2个A_com，则所述采集及分析模块获取所述补偿器电机转角Ang_com＝360°*c2+d2*360°/N。

4.根据权利要求3所述的力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述采集及分析模块根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差，包括：

所述采集及分析模块根据所述主机转速REV_engine和所述补偿器电机转速REV_com，获取所述主机和补偿器电机之间的转速差ERR1＝2b1-b2；

根据所述主机转角Ang_engine和所述补偿器电机转角Ang_com，获取所述主机和所述补偿器电机之间的转角差ERR2＝2Ang_engine-Ang_com。

5.根据权利要求1所述的力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速，包括：

所述抗干扰控制模块根据所述补偿器电机转角，获取所述力矩补偿器的不平衡块以补偿器电机转轴为旋转中心，以所述不平衡块与所述旋转中心的连线为半径，由不平衡块的上死点位置旋转至当前位置的旋转角度β，其中，0°≤β≤360°；所述不平衡块的上死点位置为所述不平衡块位于所述旋转中心的垂直上方的位置；

根据所述旋转角度β，获取所述不平衡块在当前位置的重力力矩扰动量M_gravity＝m_BgRsin(β)；其中，m_B为不平衡块重力大小；g为重力加速度；R为所述不平衡块的旋转半径；

根据所述不平衡块的重力力矩扰动量M_gravity获取抗干扰模块需要加载至所述力矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward＝-m_BgRsin(β)；

根据所述矩补偿器上的补偿力矩M_feedforward获取所述抗干扰模块输入至变频器的转速

其中，N为所述变频器接收的最大转速参考值I_H和最低转速参考值I_L的差值；M_{transducer_max}为所述变频器接收最大转速参考值I_H时对应输出的最大输出扭矩；M_{transducer_min}为所述变频器接收所述最低转速参考值I_L时对应输出的最小输出扭矩。

6.根据权利要求1所述的力矩补偿器控制方法，其特征在于，所述主控制器包括转速PID控制单元和转角PID控制单元；

所述主控制器根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和重力力矩扰动量，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零，包括：

所述采集及分析模块判断所述转速差是否小于第一阈值；若否，则控制所述转速PID控制单元通过变频器对所述补偿器电机转速进行调整，以将所述转速差调整至小于所述第一阈值；若是，则启动所述转角PID控制单元和抗干扰控制模块；

启动所述转角PID控制单元和抗干扰控制模块后，所述采集及分析模块将所述转角差输送至所述转角PID控制单元；所述转角PID控制单元根据所述转角差获取转角校正信号；

所述转角PID控制单元将所述转角校正信号发送至所述转速PID控制单元，所述采集及分析模块将所述补偿器电机转速输送至所述转速PID控制单元；所述转速PID控制单元根据所述转角校正信号和所述补偿器电机转速获取所述转速校正信号；

所述转速PID控制单元将所述转速校正信号发送至所述变频器，所述抗干扰控制模块将所述调控转速发送至所述变频器，使得所述变频器控制所述补偿器电机转速，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

7.一种力矩补偿器控制装置，其特征在于，用于执行上述权利要求1-6任一项所述的力矩补偿器控制方法，包括：采集及分析模块、抗干扰控制模块以及主控制器；

所述采集及分析模块用于采集主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角；所述采集及分析模块还用于根据所述主机转速和所述补偿器电机转速获取所述主机和补偿器电机之间的转速差，并根据所述主机转角和所述补偿器电机转角获取所述主机和补偿器电机之间的转角差；

所述抗干扰控制模块与所述采集及分析模块电连接，用于根据所述补偿器电机转角获取力矩补偿器的不平衡块的重力力矩扰动量，并根据所述重力力矩扰动量获取调控转速；

所述主控制器分别与所述采集及分析模块和所述抗干扰控制模块电连接，用于根据所述转速差、所述转角差、所述补偿器电机转速和所述调控转速，对所述补偿器电机转角进行调节，从而使得所述主机和所述补偿器电机的转角差趋于零。

8.根据权利要求7所述的力矩补偿器控制装置，其特征在于，采集及分析模块包括多个霍尔传感器或者编码器；

所述霍尔传感器或者编码器用于测量主机转速、主机转角，以及补偿器电机转速、补偿器电机转角。

9.根据权利要求7所述的力矩补偿器控制装置，其特征在于，所述主控制器包括转速PID控制单元和转角PID控制单元；

所述采集及分析模块与所述转角PID控制单元电连接，用于将所述转角差发送至转角PID控制单元，所述转角PID控制单元用于根据所述转角差获取位置校正信号；

所述转角PID控制单元与所述转速PID控制单元电连接，用于将所述位置校正信号发送至所述转速PID控制单元；所述采集及分析模块与所述转速PID控制单元电连接，用于将所述补偿器电机转速输送至所述转速PID控制单元；

所述转速PID控制单元与力矩补偿器的变频器电连接，用于将所述转速校正信号发送至所述变频器，所述抗干扰控制模块与所述变频器电连接，用于将所述调控转速发送至所述变频器。