CN110901416A - 一种基于双电机转速差的补偿系统及补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双电机转速差的补偿系统及补偿方法,涉及机电控制工程技术领域。该基于双电机转速差的补偿系统包括电机驱动模块、第一电机、第二电机和调节器;第一电机的输入端和第二电机的输入端分别连接电机驱动模块的两个输出端;调节器的输入端分别连接第一电机的输出端和第二电机的输出端,调节器的输出端连接第一电机的输入端或者第二电机的输入端。本发明的基于双电机转速差的补偿系统及补偿方法,根据第一电机和第二电机两者输出的转速差,采用调节器进行前馈补偿,实现两个电机在相同输入量的情况下输出一致的转速,提高系统平衡稳定性。

Description

一种基于双电机转速差的补偿系统及补偿方法
技术领域
本发明涉及机电控制工程技术领域,具体而言,涉及一种基于双电机转速差的补偿系统及补偿方法。
背景技术
在基于驱动及平衡二合一的控制系统中,由于两个电机的制作误差、质控水平等原因导致在接收相同的输入量的时候,两个电机的转速不一致,进而造成系统平衡稳定性降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双电机转速差的补偿系统,其能够对两个电机进行前馈补偿,使两个电机在相同输入量的情况下输出一致的转速,提高系统平衡稳定性。
本发明的另一目的在于提供一种基于双电机转速差的补偿方法,其能够基于上述补偿系统完成对双电机的输入量的前馈补偿。
本发明是这样实现的:
一种基于双电机转速差的补偿系统,其包括电机驱动模块、第一电机、第二电机和调节器;所述第一电机的输入端和所述第二电机的输入端分别连接所述电机驱动模块的两个输出端;所述调节器的输入端分别连接所述第一电机的输出端和所述第二电机的输出端,所述调节器的输出端连接所述第一电机的输入端或者所述第二电机的输入端。
上述基于双电机转速差的补偿系统的工作原理如下:
利用上位机向电机驱动模块输入一个控制量,电机驱动模块根据该控制量由驱动部分进行分配,分别向第一电机、第二电机输出相同的控制量in1和in2,其中in1=in2。但是,由于技术水平或者质检水平的限制,两个电机本身的参数难免存在误差,使得两个电机的绝对速度不相同,可将第一电机、第二电机输出的速度绝对值分别记为v1和v2。将e_v=v1-v2作为输入量传递给调节器,调节器将调整in1和in2的值,使得in1不等于in2,最终保证第一电机、第二电机输出的速度绝对值相等。其中,电机驱动模块可统一采用双电机驱动模块,也可以利用两个单电机驱动模块分别对两个电机进行驱动。
进一步地,所述调节器为PI控制器。其技术效果在于:PI调节器是一种线性控制器,它根据给定值与实际输出值构成控制偏差,将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制。PI调节器能够利用误差消灭误差,达到对控制对象的快速响应、控制的目的,实现无静差控制。可选地,该调节器也可以使用PID控制器。
进一步地,还包括微控制器,所述微控制器分别与所述调节器、所述电机驱动模块连接。其技术效果在于:微控制器能够将调节器获得的数据差值进行计算,获得第一电机、第二电机在输出的速度绝对值相等时的输入量差值,并存储备用,在系统初始化后由电机驱动模块调用。
进一步地,还包括行驶轮;所述行驶轮由所述第一电机和所述第二电机驱动。其技术效果在于:行驶轮用于驱动前进,在驱动及平衡二合一的控制系统中,由第一电机和第二电机向其提供动力。
进一步地,还包括旋转飞轮;所述旋转飞轮由所述第一电机和所述第二电机驱动。其技术效果在于:旋转飞轮用于储存旋转动能,在驱动及平衡二合一的控制系统中,当第一电机和第二电机的输出绝对值不相等时,由第一电机和第二电机驱动实现车辆的平衡。
一种基于双电机转速差的补偿方法,其包括以下步骤:
步骤一:向所述电机驱动模块输入控制量;
步骤二:所述调节器根据所述第一电机的输出值和所述第二电机的输出值,调整所述电机驱动模块的两个输出量,使所述第一电机的输出值等于所述第二电机的输出值。
进一步地,所述第一电机输出的转向和所述第二电机输出的转向相反。其技术效果在于:第一电机和第二电机输出的转向相反,当两者速度绝对值相等时,能够在车辆上将各自旋转产生的扭矩进行平衡,防止车辆侧倾。而在第一电机和第二电机的速度绝对值不相等时,可由扭矩差值驱动旋转飞轮将车辆恢复平衡。
一种基于双电机转速差的补偿方法,其包括以下过程:
过程一:向所述电机驱动模块输入控制量;
过程二:所述调节器根据所述第一电机的输出值和所述第二电机的输出值,调整所述电机驱动模块的两个输出量,使所述第一电机的输出值等于所述第二电机的输出值;
过程三:所述调节器将所述电机驱动模块的两个输出量传递给所述微控制器,所述微控制器计算所述电机驱动模块的两个输出量之差并存储。
其中,将e_v=v1-v2作为输入量,传递给调节器,微控制器计算出结果,调整in1和in2的值,使得in1≠in2,并将err_in=in1-in2的结果保存,即为微控制器存储的用于前馈补偿的数值。
进一步地,在所述过程三之后,还包括以下过程:
过程四:根据所述微控制器存储的数据,所述电机驱动模块在重新启动后调整两个输出量,使所述第一电机的输出值等于所述第二电机的输出值。其技术效果在于:由于两个电机及系统的误差一般长时间内不容易改变,故将微控制器存储的体现了电机及系统误差的上述数据作为系统每次初始化的补充参数,对两个电机进行控制,能够消除上述误差。
进一步地,所述第一电机的输出值和所述第二电机的输出值均为绝对值。其技术效果在于:出于平衡扭矩的目的,第一电机的转向和第二电机的转向应相反,故在控制时保证两个电机的速度绝对值相等即可。
本发明的有益效果是:
本发明的基于双电机转速差的补偿系统,利用调节器对第一电机和第二电机进行前馈补偿,使得两个电机在相同输入量的情况下输出一致的转速,以提高系统的平衡稳定性。
本发明的基于双电机转速差的补偿方法,能够基于上述补偿系统,实现双电机在相同输入量的情况下转速输出无偏差的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例一提供的基于双电机转速差的补偿系统的结构示意图;
图2为本发明实施例二、实施例三提供的基于双电机转速差的补偿系统的结构示意图。
图中:1-电机驱动模块;2-第一电机;3-第二电机;4-调节器;5-微控制器;6-行驶轮;7-旋转飞轮。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例:
图1为本发明实施例一提供的基于双电机转速差的补偿系统的结构示意图。请参照图1,本实施例提供一种基于双电机转速差的补偿系统,其包括电机驱动模块1、第一电机2、第二电机3和调节器4;第一电机2的输入端和第二电机3的输入端分别连接电机驱动模块1的两个输出端;调节器4的输入端分别连接第一电机2的输出端和第二电机3的输出端,调节器4的输出端连接第一电机2的输入端或者第二电机3的输入端。
基于双电机转速差的补偿系统的工作原理是:
利用上位机向电机驱动模块1输入一个控制量,电机驱动模块1根据该控制量由驱动部分进行分配,分别向第一电机2、第二电机3输出相同的控制量in1和in2,其中in1=in2。但是,由于技术水平或者质检水平的限制,两个电机本身的参数难免存在误差,使得两个电机的绝对速度不相同,可将第一电机2、第二电机3输出的速度绝对值分别记为v1和v2。将e_v=v1-v2作为输入量传递给调节器4,调节器4将由于v1和v2存在差距而调整in1和in2的值,并使in1不等于in2,最终保证第一电机2、第二电机3输出的速度绝对值相等。
其中,电机驱动模块1可以统一地选用双电机驱动,也可以利用两个单电机进行驱动。
在上述实施例的基础上,优选地,调节器4可采用PI控制器,也可以选用PID控制器。
第二实施例:
图2为本发明实施例二、实施例三提供的基于双电机转速差的补偿系统的结构示意图。请参照图2,本实施例提供一种基于双电机转速差的补偿系统,其与第一实施例的基于双电机转速差的补偿系统大致相同,二者的区别在于本实施例的基于双电机转速差的补偿系统还包括微控制器5,微控制器5分别与调节器4、电机驱动模块1连接。
其中,微控制器5的作用在于,将e_v=v1-v2作为输入量,传递给调节器4,微控制器5根据上述差值计算出结果,调整in1和in2的值,使得in1不等于in2对当前的电机进行控制,并将err_in=in1-in2的结果保存以备下次初始化之用,即为微控制器5存储的用于前馈补偿的数值。
其中,该微控制器5优选采用单片机,具备计算和存储的能力。
第三实施例:
图2为本发明实施例二、实施例三提供的基于双电机转速差的补偿系统的结构示意图。请参照图2,本实施例提供一种基于双电机转速差的补偿系统,其与第一实施例或者第二实施例的基于双电机转速差的补偿系统大致相同,二者的区别在于本实施例的基于双电机转速差的补偿系统还包括行驶轮6;行驶轮6由第一电机2和第二电机3驱动。
进一步地,如图2所示,还包括旋转飞轮7;旋转飞轮7由第一电机2和第二电机3驱动。
其中,行驶轮6用于驱动前进,在驱动及平衡二合一的控制系统中,由第一电机2和第二电机3向其提供动力。旋转飞轮7用于储存旋转动能,在驱动及平衡二合一的控制系统中,当第一电机2和第二电机3的输出绝对值不相等时,由第一电机2和第二电机3驱动实现车辆的平衡。
基于双电机转速差的补偿系统的补偿方法说明:
第一种补偿方法:
1、参照图1,本发明根据第一实施例中基于双电机转速差的补偿系统的补偿方法包括如下步骤:
步骤一:向电机驱动模块1输入控制量。
步骤二:调节器4根据第一电机2的输出值和第二电机3的输出值,调整电机驱动模块1的两个输出量,使第一电机2的输出值等于第二电机3的输出值。
上述第一种补偿方法能够即时完成对两个电机输入量的前馈补偿,保证第一电机2的输出值和第二电机3的输出值相等。
第二种补偿方法:
参照图2,本本发明根据第二实施例中基于双电机转速差的补偿系统的补偿方法包括如下过程:
过程一:向电机驱动模块1输入控制量。
过程二:调节器4根据第一电机2的输出值和第二电机3的输出值,调整电机驱动模块1的两个输出量,使第一电机2的输出值等于第二电机3的输出值。
过程三:调节器4将电机驱动模块1的两个输出量传递给微控制器5,微控制器5计算电机驱动模块1的两个输出量之差并存储。
进一步地,在上述过程三之后,还包括以下过程:
过程四:根据微控制器5存储的数据,电机驱动模块1在重新启动后调整两个输出量,使第一电机2的输出值等于第二电机3的输出值。
上述第一种补偿方法能够将两个电机由于技术水平或者质检水平的限制等原因造成的物理误差固化并反馈,并在系统下一次初始化之前完成数据的补充,避免每一次运行时都产生较大的误差,甚至能够保证多次运行都不存在误差。
需要强调的是,上述任一补偿方法中,第一电机2的输出值和第二电机3的输出值均为绝对值。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双电机转速差的补偿系统,其特征在于,包括电机驱动模块(1)、第一电机(2)、第二电机(3)和调节器(4);
所述第一电机(2)的输入端和所述第二电机(3)的输入端分别连接所述电机驱动模块(1)的两个输出端;
所述调节器(4)的输入端分别连接所述第一电机(2)的输出端和所述第二电机(3)的输出端,所述调节器(4)的输出端连接所述第一电机(2)的输入端或者所述第二电机(3)的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于双电机转速差的补偿系统,其特征在于,所述调节器(4)为PI控制器。
3.根据权利要求1所述的基于双电机转速差的补偿系统,其特征在于,还包括微控制器(5),所述微控制器(5)分别与所述调节器(4)、所述电机驱动模块(1)连接。
4.根据权利要求1所述的基于双电机转速差的补偿系统,其特征在于,还包括行驶轮(6);所述行驶轮(6)由所述第一电机(2)和所述第二电机(3)驱动。
5.根据权利要求1所述的基于双电机转速差的补偿系统,其特征在于,还包括旋转飞轮(7);所述旋转飞轮(7)由所述第一电机(2)和所述第二电机(3)驱动。
6.一种基于权利要求1~5任一项所述的基于双电机转速差的补偿系统的补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:向所述电机驱动模块(1)输入控制量;
步骤二:所述调节器(4)根据所述第一电机(2)的输出值和所述第二电机(3)的输出值,调整所述电机驱动模块(1)的两个输出量,使所述第一电机(2)的输出值等于所述第二电机(3)的输出值。
7.根据权利要求6所述的基于双电机转速差的补偿方法,其特征在于,所述第一电机(2)输出的转向和所述第二电机(3)输出的转向相反。
8.一种基于权利要求3所述的基于双电机转速差的补偿系统的补偿方法,其特征在于,包括以下过程:
过程一:向所述电机驱动模块(1)输入控制量;
过程二:所述调节器(4)根据所述第一电机(2)的输出值和所述第二电机(3)的输出值,调整所述电机驱动模块(1)的两个输出量,使所述第一电机(2)的输出值等于所述第二电机(3)的输出值;
过程三:所述调节器(4)将所述电机驱动模块(1)的两个输出量传递给所述微控制器(5),所述微控制器(5)计算所述电机驱动模块(1)的两个输出量之差并存储。
9.根据权利要求8所述的基于双电机转速差的补偿方法,其特征在于,在所述过程三之后,还包括以下过程:
过程四:根据所述微控制器(5)存储的数据,所述电机驱动模块(1)在重新启动后调整两个输出量,使所述第一电机(2)的输出值等于所述第二电机(3)的输出值。
10.根据权利要求6或8所述的基于双电机转速差的补偿方法,其特征在于,所述第一电机(2)的输出值和所述第二电机(3)的输出值均为绝对值。
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