CN110442019A - 前馈伺服控制方法、交流伺服系统和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及伺服控制的技术领域，公开了前馈伺服控制方法、交流伺服系统和可读存储介质，其中前馈伺服控制方法包括以下步骤：在当前通讯周期，获取位置环上连续多个通讯周期的位置值，以及速度环上当前通信周期的速度值；拟合样条曲线，各所述位置值为所述样条曲线上的点，所述速度值为所述样条曲线对应点处的导数；取所述样条曲线上对应点处的一阶导数作为速度前馈点。由于取连续多个通讯周期进行样条曲线拟合，采用本发明中的前馈伺服控制方法在变加速系统中曲线更加圆滑，有助于减少跟踪误差，提高系统控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及伺服系统的技术领域，尤其涉及一种前馈系统控制方法。
背景技术
与步进驱动系统相比，正弦波永磁同步电动机伺服系统（简称交流伺服系统）具有环保、节能、快速、高精度的优势，但同时也存在跟踪误差较大的问题。现有技术中一般通过PID等方式，在环路控制中调节误差。而实际中，P或I参数是根据现场实际负载进行调试后得到的参数值，具有一定的延后性，不可能时刻满足速度闭环等效成一阶惯性环节的条件，在实际中很难真正起到降低加速段和减速段的位置跟踪误差的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供前馈伺服控制方法，旨在现有技术中的交流伺服系统的环路控制具有一定延迟，而且在变加速系统中更跟踪误差较大的问题。
本发明是这样实现的提供了前馈伺服控制方法，在每个通讯周期接收位置环的点，包括以下步骤：在当前通讯周期，获取位置环上连续多个通讯周期的位置值，以及速度环上对应通信周期的速度值；拟合样条曲线，各所述位置值为所述样条曲线上的点，所述速度值为所述样条曲线对应点处的导数；取所述样条曲线上对应点处的一阶导数作为速度前馈点。
进一步地，取所述样条曲线的二阶导数，通过惯量计算获得转矩前馈点。
进一步地，至少取三个所述位置值，所述样条曲线为三次样条曲线。
进一步地，如果只能取得两个所述位置值，则将第二个所述位置值的复制作为第三个所述位置值，作为三个点进行拟合。
进一步地，如果只能取得一个所述位置值，则将该所述位置值复制三次，作为三个点进行拟合。
进一步地，将所述转矩前馈点发送至电流环。
进一步地，将所述速度前馈点发送至速度环。
本发明还提供了交流伺服系统，包括驱动模块和控制模块，其中控制模块进行前馈控制，所述前馈控制由上述的前馈伺服控制方法实现。
进一步地，启动后判断通讯周期i是否大于等于3，如果否则不进行曲线拟合，如果是则进行曲线拟合。
本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有软件程序，其特征在于，所述可读存储介质在被处理器执行时实现如权利要求1至x所述的前馈伺服控制方法。
与现有技术相比，本发明中通过在通讯周期中获得的位置环和速度环上的点的值，取连续三个通讯周期进行三次样条曲线拟合，在变加速系统中曲线更加圆滑，有助于减少跟踪误差，提高系统控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的前馈伺服控制方法的步骤示意图；
图2为本发明实施例提供的前馈伺服控制方法的流程示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例中提供了一种前馈伺服控制方法，其根据每个通讯周期获得的相关数值进行前馈控制，为了便于叙述，下文中用相关的字母进行标记，具体包括以下步骤：
S10、在当前通讯周期i时，获取当前位置环的位置值yi；以及连续多个通讯周期上的位置值yi-1，位置值yi+1…….，以及当前通讯周期速度环上的速度值y i′；
S20、将多个数值进行拟合样条曲线，其中位置值yi-1、位置值yi、位置值yi+1……是样条曲线上的多个点，速度值y i′是在样条曲线上点位置值yi处的导数。通过数学的方式，能够通过上述四个点的值获得一条用于描述位置环的样条曲线。
S30、获得上述样条曲线，取其一阶导数即可作为速度前馈点，在输入端通过速度前馈点进行前馈后，能够有效降低稳态位置跟踪误差，提高控制精度。获得速度前馈点后将其发送至速度环。
获得的样条曲线随着通讯周期持续迭代进行连续变化，因此采用了本实施例中的前馈伺服控制方法，与现有技术中的平均等分位置的调节控制方法相比，在变加速系统中曲线更加圆滑，有助于减少跟踪误差。
进一步地，为了使整个定位过程中的位置跟踪误差都尽量接近于零，还需要抑制加速段和减速段的位置跟踪误差，因此需要速度闭环内部的转矩闭环的高阶系统也进行前馈控制。
所以前馈伺服控制方法，还包括：
S10、取样条曲线的二阶导数，通过惯量计算获得转矩前馈点。转矩前馈主要用来抑制转动惯量引起的位置跟踪误差。获得转矩前馈点后将其发送至电流环。
增加了转矩前馈后，交流伺服系统梯形响应中，加减速段的位置跟踪误差明显减小，定位过程的整定时间也大大缩短。
具体地，本实施例中取三个位置值进行拟合，获得的样条曲线为三次样条曲线。在其他的实施例中，也可以根据数学的方式，获得其他类型的样条曲线。
在前馈伺服控制方法运行的过程中，有可能出现例如通讯中断的情况导致无法取点的问题，在这种无法取得三个点的情况下，采用如下两个原则进行拟定曲线的过程：
（1）只能取得前两个点，无法取得点yi+1，则以点yi-1、yi、y i 作为三次样条曲线上的三个点进行拟合，也即复制第二个点在第三个点处。
（1）只能取得第一个点，如果无法取得点yi、yi+1，则以点yi-1、yi-1、yi-1作为三次样条曲线上的三个点进行拟合，也即复制第一个点在第二个点、第三个点处。
获得三次样条曲线后，在某个特定的通讯周期时，能够带入通讯周期获知其位置环的位置值。
本实施例中还提供了一种可读存储介质，可读存储介质存储有软件程序，可读存储介质在被处理器执行时实现上述前馈伺服控制方法。
实施例二：
如图1和图2所示，本实施例中还提供了交流伺服系统，包括前馈控制，前馈控制由上述前馈伺服控制方法实现。由于根据拟定的三次样条曲线进行前馈控制，使得追踪精度更高，执行的过程误差更低。
优选的，交流伺服系统包括控制器、驱动器和执行端，执行端是具体进行动作的结构，其由多个电机驱动。
驱动器直接连接至电机，其获取电机在位置环上连续多个通讯周期的位置值，以及速度环上当前通信周期的速度值，并且将数据传输至控制器。
在控制器或者上位机中拟合样条曲线，该过程与实施例一的拟合样条曲线相同，获得相关前馈点的方式也相同，不做赘述。
将速度前馈点输入控制器，在控制器内对规划插补的动作进行前馈修正，并且将修正后的控制信号书输出至驱动器，驱动器控制电机运动。
交流伺服系统启动后，反复进行上述的过程，循环简略描述为：控制器插补点位——驱动器控制电机运动——驱动器取值——拟合样条曲线——控制器前馈修正——驱动器控制电机运动——驱动器取值——再次拟合样条曲线——控制器前馈修正.......。
由于迭代获得样条曲线并且持续进行前馈，使得执行端的执行的过程误差更低，有助于降低追踪误差，提高机器人性能。
与实施例一相似的，取样条曲线的二阶导数，通过惯量计算获得转矩前馈点，将转矩前馈点输入控制器，对动作进行前馈修正后，输出控制信号至所述驱动器，最终控制电机。
本实施例中如果至少取三个所述位置值，所述样条曲线为三次样条曲线。
优选的，本实施例中的交流伺服系统包括处理芯片，其将前述的控制器和驱动器集成，实现内部的驱控一体，提高反馈响应速度，降低功耗和结构成本。
在交流伺服系统启动后，判断通讯周i是否大于等于3，如果否则不进行曲线拟合，如果是则进行曲线拟合，也即运行一段时间延迟后进入前馈控制，避免刚启动的时候，就按照前述的方法进行三次样条曲线的拟合过程，尤其需要避免取点不足时的进入三次样条曲线的拟合过程。
实施例三：
本实施例中提供了前馈式控制器，用于配合驱动器对执行端进行控制，执行端包括电机。在当前通讯周期，前馈式控制器通过驱动器获取电机在位置环上连续多个通讯周期的位置值，以及速度环上当前通信周期的速度值；在上位机或者前馈式控制器内进行拟合样条曲线，具体过程不做赘述。
取样条曲线上对应点处的一阶导数作为速度前馈点，将速度前馈点输入前馈式控制器，对动作进行前馈修正后输出控制信号至驱动器，修正插补动作控制电机，以提高对执行端的追踪精度和控制性能。
与实施例一、实施例二相似，取样条曲线的二阶导数，通过惯量计算获得转矩前馈点，将转矩前馈点输入前馈式控制器，对动作进行前馈修正后，输出控制信号至驱动器。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.前馈伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在当前通讯周期，获取位置环上连续多个通讯周期的位置值，以及速度环上当前通信周期的速度值；
拟合样条曲线，各所述位置值为所述样条曲线上的点，所述速度值为所述样条曲线对应点处的导数；
取所述样条曲线上对应点处的一阶导数作为速度前馈点。
2.如权利要求1所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，还包括：
取所述样条曲线的二阶导数，通过惯量计算获得转矩前馈点。
3.如权利要求1所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，如果至少取三个所述位置值，所述样条曲线为三次样条曲线。
4.如权利要求3所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，如果只能取得两个所述位置值，则将第二个所述位置值的复制作为第三个所述位置值，作为三个点进行拟合。
5.如权利要求3所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，如果只能取得一个所述位置值，则将该所述位置值复制三次，作为三个点进行拟合。
6.如权利要求2所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，将所述转矩前馈点发送至电流环。
7.如权利要求1所述的前馈伺服控制方法，其特征在于，将所述速度前馈点发送至速度环。
8.交流伺服系统，其特征在于，包括驱动模块和控制模块，其中控制模块进行前馈控制，所述前馈控制由权利要求1至7任一项所述的前馈伺服控制方法实现。
9.如权利要求8所述的交流伺服系统，其特征在于，启动后判断通讯周期是否大于等于3，如果否则不进行曲线拟合，如果是则进行曲线拟合。
10.一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有软件程序，其特征在于，所述可读存储介质在被处理器执行时实现如权利要求1至7所述的前馈伺服控制方法。
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