CN110611470A - 一种速度伺服系统的控制方法 - Google Patents

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage

Abstract

一种速度伺服系统的控制方法，包括以下步骤：获得当前速度控制迭代周期的目标速度，记为S1；根据所述S1计算出当前速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A1；根据A1计算出目标电流，该目标电流被处理后作用在被控对象上；获得下一速度控制迭代周期的目标速度，记为S2；根据所述S2计算出下一个速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A2；根据A2计算出目标电流，该目标电流被处理后作用在被控对象上。在保证控制精度的前提下，提高了位置控制功能的响应速度，改善了位置控制功能的动态性能。

Description

一种速度伺服系统的控制方法
技术领域
本发明涉及基于位置传感器的速度伺服系统控制技术领域，具体涉及一种速度伺服系统的控制方法。
背景技术
伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它在包括宇航、军事、以及工业领域和农业领域都有广泛的应用。
在速度伺服执行机构中，传统的实现方式为两闭环的方式，既典型的转速-电流的两个闭环控制方法。这种方法需要接收速度指令，然后通过转速-电流两个闭环的调节来实现对速度的控制。控制量需要在不同的闭环中传递，造成调节速度慢，动态误差偏大。
发明内容
本发明提供一种速度伺服系统的控制方法，提高基于位置传感器的速度伺服执行机构的对速度控制指令的响应速度。
一种速度伺服系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获得当前速度控制迭代周期的目标速度，记为S1；
步骤2：根据所述S1计算出当前速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A1；
步骤3：根据A1计算出目标电流，该目标电流减去电机反馈电流后依次经PID运算、电机驱动电路及电机作用在被控对象上；
步骤4：获得下一速度控制迭代周期的目标速度，记为S2；
步骤5：根据所述S2计算出下一个速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A2；
步骤6：根据A2计算出目标电流，该目标电流减去电机反馈电流后依次经PID运算、电机驱动电路及电机作用在被控对象上；跳转到步骤4。
进一步为：所述步骤5中，当所述虚拟位移与被控对象反馈位置的差值大于一定阈值B时，当所述虚拟位移与被控对象反馈位置的差值大于一定阈值B时，将A1或A2的值记为该阈值B，并执行步骤6；否则，直接执行步骤6。
进一步为：所述步骤1和步骤4中，接收目标位置，获得目标位置与该时刻被控对象反馈位置的距离，依据该距离按照设定的策略获得目标速度；根据目标位置换算出目标速度从而执行本发明中速度控制方法。
本发明的有益效果：采用了新的控制算法，通过比较接收到的速度指令，计算出一个虚拟的位置指令；虚拟位置指令经过限幅后和实际位置对比，计算出控制用的位置偏差；根据该位置偏差计算出所应施加的电机电流，以解决传统两闭环的反应速度偏慢的问题。补偿算法在运行过程中，降低对位置传感器分辨率的要求，提高了对位置伺服执行机构对位置指令的响应速度。在接近目标位置的时候，根据需要又可以平滑切换到三闭环控制方法，保证了调节的精度，同时在保证控制精度的前提下，提高了位置控制功能的响应速度，改善了位置控制功能的动态性能。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的主要系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。需要说明的是，本发明实例中的左、中、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
一种速度伺服系统的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：获得当前速度控制迭代周期的目标速度，记为S1；
步骤2：根据所述S1计算出当前速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A1；
步骤3：根据A1计算出目标电流，该目标电流减去电机反馈电流后依次经PID运算、电机驱动电路及电机作用在被控对象上；
步骤4：获得下一速度控制迭代周期的目标速度，记为S2；
步骤5：根据所述S2计算出下一个速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A2；
步骤6：根据A2计算出目标电流，该目标电流减去电机反馈电流后依次经PID运算、电机驱动电路及电机作用在被控对象上；跳转到步骤4。
其中，所述步骤1和步骤4中，接收目标位置指令，获得目标位置与该时刻被控对象反馈位置的距离，依据该距离按照设定的策略获得目标速度。
所述步骤5中，当所述虚拟位移与被控对象反馈位置的差值大于一定阈值B时，当所述虚拟位移与被控对象反馈位置的差值大于一定阈值B时，将A1或A2的值记为该阈值B，并执行步骤6；否则，直接执行步骤6。对目标电流进行限幅，从而保护电机。
三闭环位置控制方法响应速度较慢，但是能消除稳态位置误差。本发明采用直接速度控制反应速度较快，但是可能存在稳态位置误差。为了结合两种方法的优点，需要在特定条件下对控制方法进行切换，以取得更高的控制效果，切换过程由B模块控制。
本发明的主要工作原理：如图2所示，本发明的速度控制部分主要由三个部分组成，其中A部分的功能为通过目标速度计算虚拟目标位置信号，B部分的功能为计算虚拟目标位置信号和反馈位置的差值pos_err；C部分根据差值pos_err的大小，按照设定的差值-电流曲线，计算出目标电流。其中，A部分计算方法为，通过速度控制迭代频率Fs和给定速度Vref，计算出每次迭代虚拟位置应变化的步长Pstep，即虚拟目标位置信号。如此循环，直到执行完目标速度中的所有速度控制迭代周期。
另外，值得说明的是，传统的伺服系统都采用三闭环的控制机构，三个闭环指的是位置环、速度环和力矩环。位置环的输入是目标位置和实际位置，输出是目标速度。位置环根据目标位置和实际位置的差距,根据设定的算法（查表或者计算或者其他），计算出当前伺服系统应该以多高的速度运行才能达到控制目标，既目标速度。但位置环只是计算出目标速度的大小，不对系统运行速度进行调节。
速度环的输入是目标速度和实际速度，输出的是目标力矩（目标电流）。速度环根据目标速度和实际速度的插值，计算出当前伺服系统应该以多大的力矩运行，既目标力矩。但速度环同样只是计算目标力矩的大小，而不调节实际的力矩。
力矩环的输入是目标力矩和实际力矩。根据二者的差值去调节控制量, 以使伺服系统的动力源的输出力矩跟踪目标力矩的变化。在运行过程中，三个闭环分工明确，各个环节只负责本环节的状态。如位置环只是保证实际位置能跟踪目标位置的变化，手段是改变目标速度的大小；速度环只是保证实际速度能跟踪目标速度的变化，手段是改变目标力矩的大小；力矩环只是保证实际力矩能跟踪目标力矩的变化，手段是改变伺服系统动力源的控制量的大小。
而本发明方法关注的是速度环，根据目标速度的大小，和控制器的迭代周期，计算出每一个控制周期内虚拟的目标位置移动的距离，并把虚拟目标位置和实际位置相比较以决定速度环的输出。本质上关注的是如何使实际速度跟随目标速度的变化。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种速度伺服系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获得当前速度控制迭代周期的目标速度，记为S1；
步骤2：根据所述S1计算出当前速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A1；
步骤3：根据A1计算出目标电流，该目标电流被处理后作用在被控对象上；
步骤4：获得下一速度控制迭代周期的目标速度，记为S2；
步骤5：根据所述S2计算出下一个速度控制迭代周期内的虚拟位移，获得该虚拟位移与该时刻被控对象反馈位置的差值，并将该差值记为A2；
步骤6：根据A2计算出目标电流，该目标电流被处理后作用在被控对象上；跳转到步骤4。
2.根据权利要求1所述的一种速度伺服系统的控制方法，其特征在于：所述步骤5中，当所述虚拟位移与被控对象反馈位置的差值大于一定阈值B时，将A1或A2的值记为该阈值B，并执行步骤6；否则，直接执行步骤6。
3.根据权利要求1所述的一种速度伺服系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1和步骤4中，接收目标位置，获得目标位置与该时刻被控对象反馈位置的距离，依据该距离按照设定的策略获得目标速度。
4.根据权利要求1所述的一种速度伺服系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3和步骤6中，所述目标电流减去电机反馈电流后依次经PID运算、电机驱动电路及电机作用在被控对象上。
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