CN111123838B - 伺服电机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种伺服电机控制方法和系统，所述伺服电机控制方法包括：获取伺服电机的运动参数；将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及根据比较结果，选择伺服电机增益。

Description

伺服电机控制方法及系统

技术领域

本公开涉及伺服电机控制，尤其涉及伺服电机控制方法及系统。

背景技术

伺服电机可以用于诸如机器人、数控机床等设备上，以实现快速准确的定位控制，因此，对于伺服电机的控制存在响应快、准确性高的需求。通常是通过提高伺服电机增益以实现伺服电机的快速响应和准确定位。现有的伺服电机增益一般是固定的，在伺服电机低速运行或者静止的时候，高增益会引起较大的机械振动和噪声，在采用低精度编码器的情况下，这一影响甚至会更严重。一般可以通过提高伺服电机编码器精度的方法来解决这个问题，然而，采用高精度编码器又会造成系统成本的增加。

发明内容

有鉴于上述情况，本公开提供了一种伺服电机控制方法，包括：获取伺服电机的运动参数；将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及根据比较结果，选择伺服电机增益。

根据本公开另一实施例，提供了一种伺服电机控制系统，包括：获取模块，获取伺服电机的运动参数；以及控制模块，被配置为：将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及根据比较结果，选择伺服电机增益。

根据本公开实施例的伺服电机控制方法和系统，其通过动态地自动选择伺服电机增益，能够避免在伺服电机低速运行或者静止的时候由于伺服电机的高增益所引起的振动和噪声，并且，除了适用于高精度编码器之外，根据本公开实施例的伺服电机控制方法和系统还可以适用于低精度编码器，从而能够进一步降低伺服电机控制系统的成本。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示意性示出根据本公开实施例的伺服电机控制方法的示意性流程图；

图2A示意性示出根据本公开实施例的在速度控制模式下选择伺服电机增益的时序图；

图2B示意性示出根据本公开另一实施例的在速度控制模式下选择伺服电机增益的时序图；

图3A示意性示出根据本公开实施例的在位置控制模式下选择伺服电机增益的时序图；

图3B示意性示出根据本公开另一实施例的在位置控制模式下选择伺服电机增益的时序图；

图4示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的结构的框图；

图5示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的详细结构的框图；

图6示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的第一控制模块的详细框图；

图7示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的第二控制模块的详细框图；以及

图8示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的硬件框图。

具体实施方式

为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。基于本公开中描述的本公开实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本公开的保护范围之内。

以下将参考附图详细描述本公开实施例。

图1示意性示出根据本公开实施例的由伺服电机控制系统执行的伺服电机控制方法100的示意性流程图。

在步骤S120中，伺服电机控制系统获取伺服电机的运动参数。

伺服电机的运动参数至少包括但不限于以下各项中的至少一项：伺服电机的预定速度、伺服电机的实际速度、速度规划信号和位置误差。在一个实施例中，伺服电机控制系统根据所采用的伺服电机控制模式获取伺服电机的运动参数。伺服电机控制模式至少可以包括位置控制模式和速度控制模式，相应地，根据本公开实施例的伺服电机控制方法还可以包括步骤：确定所述伺服电机的控制模式，例如，伺服电机控制系统可以根据接收到的用户指令来确定所采用的控制模式。

在一个实施例中，当伺服电机控制模式为速度控制模式时，待获取的运动参数包括伺服电机的预定速度和实际速度中的至少一项，在这种情况下，所述获取步骤S120包括以下步骤中的至少一个：从接收到的速度指令信号中获取伺服电机的预定速度；以及根据接收到的速度反馈信号获取伺服电机的实际速度。其中，速度指令信号包括用户通过伺服电机控制系统的输入装置输入的指令信号，该输入的速度指令信号中包括用户期望的或者为伺服电机设置的预定速度值；速度反馈信号包括伺服电机将通过传感器等感测设备感测到的实际运动速度反馈至伺服电机控制系统的信号。当伺服电机控制模式为位置控制模式时，待获取的运动参数包括速度规划信号和位置误差，在这种情况下，获取步骤S120包括：响应于接收到的位置指令信号，获取伺服电机的位置规划信号，并根据所述位置规划信号计算得到所述速度规划信号；以及根据接收到的位置反馈信号获取伺服电机的位置误差。其中，位置指令信号包括用户通过伺服电机控制系统的输入装置输入的指令信号，该输入的位置指令信号中包括位置规划信号，伺服电机控制系统通过对位置规划信号进行差分计算得到伺服电机的速度规划信号；位置反馈信号包括伺服电机将测量得到的实际定位位置反馈至伺服电机控制系统的信号，并且，伺服电机控制系统根据位置反馈信号中的实际定位位置相对于预定位置的偏差获得位置误差。

此外，由于对应于位置模式的位置环的内部控制环是与速度控制模式对应的速度环，因此，在一个实施例中，在位置控制模式下，位置环可以向速度环输入速度指令信号，从而，待获取的运动参数还可以进一步包括来自位置环的速度指令信号，其中，所述获取步骤S120还可以进一步包括：根据来自位置环的速度指令信号，获取由位置环设置的预定速度。

在步骤S140中，伺服电机控制系统将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较。参数阈值与所获取的运动参数相对应，也就是说，用于比较的参数阈值取决于所采用的控制模式。例如，当伺服电机控制系统采用速度控制模式时，即，当所获取的运动参数为伺服电机的预定速度和实际速度中的至少一项时，对应的参数阈值包括速度阈值V_tha；当所获取的运动参数为速度规划信号和位置误差时，即，当伺服电机控制系统采用位置控制模式时，对应的参数阈值包括速度阈值V_thb和位置阈值L_th。伺服电机控制系统根据所采用的控制模式，将在该模式下所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较。

在步骤S160中，根据比较结果，伺服电机控制系统选择伺服电机增益。在一个实施例中，伺服电机增益包括高增益和低增益两种类型。在伺服电机的运行过程中，伺服电机控制系统根据上述步骤S140中的运动参数与对应的参数阈值的比较结果，选择伺服电机增益为高增益或者低增益。

在一个实施例中，取决于不同的控制模式，伺服电机控制系统根据比较结果选择伺服电机增益为高增益或者低增益。例如，在速度控制模式下，当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于速度阈值V_tha时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益；当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于速度阈值V_tha时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。在位置控制模式下，当速度规划信号的值大于速度阈值V_thb或者当位置误差大于位置阈值L_th时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益；当速度规划信号的值小于所述速度阈值V_thb并且位置误差小于位置阈值L_th时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。

在伺服电机的运行过程中，通过将伺服电机的运动参数与对应的参数阈值进行比较来选择伺服电机增益，可以实现动态地调节伺服电机增益，从而既能保证伺服电机在运行过程中使用高增益获得快速响应性能，又能避免在伺服电机低速运行或者静止的时候由于使用高增益所引起的振动和噪声。

以下，将结合附图图2A-图3B描述伺服电机控制系统分别在速度控制模式和位置控制模式下选择伺服电机增益的示例性处理过程。

图2A示意性示出根据本公开实施例的在速度控制模式下选择伺服电机增益的时序图。

在图2A的示例中，速度信号V表示伺服电机的实际速度(例如，根据接收到的速度反馈信号获取得到)或者预定速度(例如，从接收到的速度指令信号中获取得到)，第一速度阈值V_tha表示在速度控制模式下所采用的对应的参数阈值，伺服电机的实际速度和预定速度中的至少一项为在速度控制模式下获取的运动参数。

在一个实施例中，当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于第一速度阈值V_tha时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益；当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一项小于第一速度阈值V_tha时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。进一步地，当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个等于第一速度阈值V_tha时，可以根据实际需求，选择伺服电机增益为高增益或者低增益。

在初始阶段，速度信号V等于0(例如，伺服电机静止)，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。在T0时刻，伺服电机的速度开始增加(例如，响应于接收到的用户输入指令)，在T1时刻，伺服电机的速度增加到第一速度阈值V_tha，伺服电机控制系统将伺服电机增益从低增益切换为高增益即，将伺服电机增益选择为高增益。在T2时刻，伺服电机的速度开始降低(例如，响应于接收到的用户输入指令)，由于此时伺服电机的速度信号V仍然大于第一速度阈值V_tha，因此，伺服电机增益保持高增益。当到达T3时刻时，伺服电机的速度降低到第一速度阈值V_tha，此时，伺服电机控制系统将伺服电机增益从高增益切换为低增益即，将伺服电机增益选择为低增益。

由此，当伺服电机的速度处于高速时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益以实现伺服电机的快速响应和准确定位，并且，当速度降低到低速状态或者静止时，通过将伺服电机增益切换到低增益，能够避免在伺服电机低速运行或者静止的时候由于伺服电机的高增益所引起的振动和噪声。

此外，为了进一步减少伺服系统低速运行或者静止时的振动和噪音，伺服电机控制系统还可以在满足一定条件的情况下，将伺服电机的控制模式切换到静默模式(SilentMode)。在静默模式下，伺服电机增益具有小于所述低增益的增益。在一个实施例中，当伺服电机的速度(实际速度或预定速度)小于第二速度阈值V_thb且持续第一预定时间段之后，伺服电机控制系统将伺服电机控制模式切换到静默模式。

参考图2A中的时序图，在T4时刻，伺服电机的速度(实际速度或预定速度)降低到第二速度阈值V_thb，并且在预定时间段t3期间，伺服电机的速度持续小于第二速度阈值V_thb，当经过预定时间段t3之后，即，在T5时刻，伺服电机控制系统将伺服电机切换到静默模式，其增益小于所述低增益。

尽管图2A中示出，第一速度阈值V_tha大于第二速度阈值V_thb，但是本公开并不局限于此，在一个实施例中，第二速度阈值V_thb可以等于第一速度阈值V_tha。

图2A中示出了伺服电机控制系统在选择电机控制增益为低增益或者高增益时没有延时的情况，然而，在伺服电机的运行过程中，根据实际情况，伺服电机控制系统在选择高增益或者低增益时可以具有一定的延时，即，伺服电机控制系统可以经过一定的延时实现对高增益或者低增益的选择。

以下，将结合图2B描述伺服电机控制系统经过一定的延时实现对高增益或者低增益的选择。图2B示意性示出根据本公开另一实施例的在速度控制模式下选择伺服电机增益的时序图。

图2A和图2B中，相同的附图标记表示相同的参数。图2B和图2A的不同之处在于，在图2B中，伺服电机控制系统是在经过一定的延时之后选择高增益或者低增益，而其它的处理过程与图2A所示的时序图中的处理过程是相同的，因而，为简明起见，在此仅描述伺服电机经过时延选择增益的处理，对于与图2A中相同的处理过程，在此不做重复描述。

在图2B中，在T1’时刻，伺服电机的速度增加到第一速度阈值V_tha，伺服电机控制系统在一定的延时(例如，第二预定时间段，t1)之后，在T2’时刻，将伺服电机增益选择为高增益，即，当伺服电机的速度(实际速度或预定速度)大于第一速度阈值V_tha且持续第二预定时间段t1之后，伺服电机控制系统将伺服电机增益从低增益切换为高增益，即，将伺服电机增益选择为高增益。在T3’时刻，伺服电机的速度降低到第一速度阈值V_tha，伺服电机控制系统在一定的延时(例如，第三预定时间段，t2)之后，在T4’时刻，将伺服电机增益从高增益切换为低增益，即将伺服电机增益选择为高增益，也就是说，当伺服电机的速度(实际速度或预定速度)小于第一速度阈值V_tha且持续第三预定时间段t2之后，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益。

在一个实施例中，用户可以通过指令设置第一时间段t3、第二时间段t1以及第三时间段t2的长度(例如，设置为毫秒级)。应当理解的是，尽管在图2B中示出各个时间段的长度不同，但是可以根据实际应用的情况设置各个时间段的长度以及它们之间的大小关系。另外，虽然图2B中示出了在选择增益的时候都存在有延时的情况，但是，本领域技术人员应当理解的是，可以根据实际情况，仅在选择高增益时存在延时或者仅在选择低增益时存在延时或者在选择高增益和低增益的时候都存在延时。示意性地，但并非局限性地，可以通过指令设置，使得t1＝0(即，在选择高增益的时候没有延时)，t3＝t2＝2ms(在选择低增益的时候存在2ms的延时，并且，切换到静默模式的时候也有2ms的延时)。

在速度控制模式下，伺服电机增益取决于对应于速度控制模式的速度环增益K_PV，并且，速度环增益K_PV可以表示为等式1：

其中，K_PN是速度环的比例增益，T_NN是速度环的积分时间，在速度控制模式下，伺服电机增益与速度环增益K_PV为正比例的关系，因此，可以通过调节速度环增益K_PV来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，伺服电机控制系统可以通过增加速度环的比例增益K_PN和/或减少速度环的积分时间T_NN来将伺服电机增益选择为高增益，并且，伺服电机控制系统可以通过减小速度环的比例增益K_PN和/或增加速度环的积分时间T_NN来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

图3A示意性示出根据本公开实施例的在位置控制模式下选择伺服电机增益的时序图。

在图3A的示例中，第三速度阈值V_thc和位置阈值L_th为在位置控制模式下所采用的对应的参数阈值，位置误差信号L_e和速度规划信号V_m为在位置控制模型下获取的运动参数。

在初始阶段，位置规划信号的值为0(例如，伺服电机静止)，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。在T11时刻，伺服电机控制系统接收到位置规划信号L(例如，通过响应于接收到的位置指令信号)，伺服电机控制系统可以根据接收到的位置规划信号L计算得到速度规划信号V_m。例如，伺服电机控制系统可以在位置规划信号所对应的位置规划曲线上选择任意两点Pm和Pn，并利用等式2计算得到速度规划信号V_m：

其中，tm和tn分别为位置点Pm和Pn所对应的时间值。

在一个实施例中，当计算得到的速度规划信号的值大于第三速度阈值V_thc或者当位置误差L_e大于所述位置阈值L_th时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益，当计算得到的速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差L_e小于位置阈值L_th时，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。在一个实施例中，当速度规划信号的值等于第三速度阈值V_thc时，在位置误差L_e小于或者等于所述位置阈值L_th的情况下，可以根据实际需求，选择伺服电机增益为高增益或者低增益；当位置误差L_e等于所述位置阈值L_th时，在速度规划信号的值小于或者等于第三速度阈值V_thc的情况下，可以根据实际需求，选择伺服电机增益为高增益或者低增益。

参照图3A中的时序图，在T11时刻接收到位置规划信号L，并且，根据位置规划信号L计算得到速度规划信号V_m的值，在T11时刻速度规划信号V_m的值小于第三速度阈值V_thc，因此，伺服电机控制系统将伺服电机增益保持为低增益。

在T21时刻，速度规划信号V_m的值增加到第三速度阈值V_thc，伺服电机控制系统将伺服电机增益从低增益切换到高增益，即，将伺服电机增益选择为高增益。

应当理解的是，尽管图3A中示出，在T21时刻，位置误差信号L_e小于所述位置阈值L_th，但是应当理解的是，根据实际运行情况，位置误差信号L_e也可以大于所述位置阈值L_th(尽管图2A中未示出这种情况)，并且，只要至少满足：速度规划信号的值大于第三速度阈值V_thc和位置误差L_e大于所述位置阈值L_th中的一个条件，伺服电机控制系统就可以将伺服电机增益选择为高增益。

在T31时刻，速度规划信号V_m的值降低(例如，响应于控制系统接收到的位置指令，并且，位置指令中包含减速度信息)，并且降低到第三速度阈值V_thc，而且在T31时刻，位置误差L_e也小于位置阈值L_th，在这种情况下，伺服电机控制系统将伺服电机增益从高增益切换为低增益，即，将伺服电机增益选择为低增益。

图3A中示出了伺服电机控制系统在选择电机控制增益为低增益或者高增益时没有延时的情况，然而，在伺服电机的运行过程中，可以根据实际情况，伺服电机控制系统在选择高增益或者低增益时具有一定的延时，即，伺服电机控制系统可以经过一定的延时实现对高增益或者低增益的选择。

以下，将结合图3B描述伺服电机控制系统经过一定的延时实现对高增益或者低增益的选择。图3B示意性示出根据本公开另一实施例的在位置控制模式下选择伺服电机增益的时序图。

图3A和图3B中，相同的附图标记表示相同的参数。图3B和图3A的不同之处在于，在图3B中，伺服电机控制系统是在经过一定的延时之后选择高增益或者低增益，而其它的处理过程与图3A所示的时序图中的处理过程是相同的，因而，为简明起见，在此仅描述伺服电机经过时延选择增益的处理，对于与图3A中相同的处理过程，在此不做重复描述。

在图3B中，自T12时刻开始，计算得到的速度规划信号V_m的值大于第三速度阈值V_thc，伺服电机控制系统在一定的延时(例如，第四预定时间段，t11)之后，在T13时刻，将伺服电机增益选择为高增益，即，当计算得到的速度规划信号的值大于第三速度阈值V_thc且持续第四预定时间段t11之后，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为高增益。可替换地，尽管图3A中没有示出，当位置误差L_e大于所述位置阈值L_th且持续第四预定时间段t11之后伺服电机控制系统也可以将伺服电机增益选择为高增益。

在T22时刻，速度规划信号V_m的值降低并且降低到第三速度阈值V_thc，并且，自T22时刻开始，速度规划信号V_m的值小于第三速度阈值V_thc，而且从T22时刻起，位置误差L_e也小于位置阈值L_th，在这种情况下，伺服电机控制系统在一定的延时(例如，第五预定时间段，t21)之后，在T23时刻，将伺服电机增益选择为低增益，也就是说，当计算得到的速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差L_e小于位置阈值L_th时且持续第五预定时间段t21之后，伺服电机控制系统将伺服电机增益选择为低增益。

在一个实施例中，用户可以通过指令设置第四时间段t11和第五时间段t21的长度(例如，设置为毫秒级)。应当理解的是，尽管在图3B中示出各个时间段的长度不同，但是可以根据实际应用的情况设置各个时间段的长度以及它们之间的大小关系。另外，虽然图3B中示出了在选择增益的时候都存在有延时的情况，但是，本领域技术人员应当理解的是，可以根据实际情况，仅在选择高增益时存在延时或者仅在选择低增益时存在延时或者在选择高增益和低增益的时候都存在延时。示意性地，但并非局限性地，可以通过指令设置，使得t11＝0(即，在选择高增益的时候没有延时)，t21＝2ms(在选择低增益的时候存在2ms的延时)。

在位置控制模式下，伺服电机增益取决于对应于位置控制模式的位置环比例增益K_PP。在位置控制模式下，伺服电机增益与位置环比例增益K_PP为正比例的关系，因此，可以通过调节位置环比例增益K_PP来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，伺服电机控制系统可以通过增加位置环的比例增益K_PP来将伺服电机增益选择为高增益，并且，伺服电机控制系统可以通过减小位置环的比例增益K_PP来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

此外，由于伺服电机控制系统当中的速度环是位置环的内部控制环，因此，在位置控制模式下，伺服电机控制系统除了考虑位置参数，还可以进一步考虑速度参数，即，还可以确定速度参数与对应的参数阈值的关系才能确定如何选择伺服电机增益。在一个实施例中，所述速度参数可以根据从位置环输入到速度环中的速度指令信号VCMD2获得，该速度参数表示由位置环设置的预定速度。在一个实施例中，当速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差小于所述位置阈值L_th时，伺服电机控制系统还需要确定速度参数与对应的参数阈值的关系才能确定是否将伺服电机增益从高增益切换到低增益，具体地，伺服电机控制系统进一步将所获取的伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个与对应的速度阈值V_tha进行比较，当伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个小于所述对应的速度阈值V_tha时，伺服电机控制系统才将伺服电机增益选择为低增益；否则，即使速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差小于所述位置阈值L_th，伺服电机控制系统也不会将伺服电机增益从高增益切换到低增益。

在位置控制模式下并结合速度参数的情况下，，伺服电机控制系统还可以通过调节位置环比例增益K_PP和速度环增益K_PV来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，伺服电机控制系统可以通过增加位置环的比例增益K_PP和/或增加速度环的比例增益K_PN和/或减少速度环的积分时间来将伺服电机增益选择为高增益，并且，伺服电机控制系统可以通过减小位置环的比例增益K_PP和/或减小速度环的比例增益和/或增加速度环的积分时间来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

有益的是，伺服电机控制系统通过动态地选择将伺服电机增益为高增益或者低增益，能够避免在伺服系统低速运行或者静止的时候由于伺服电机的高增益所引起的振动和噪声，同时，根据本公开实施例的方法可以应用于低精度编码器的情况，因此，大大降低了伺服控制系统的成本。

图4示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统400的结构的框图。伺服电机控制系统400用于控制伺服电机200。

如图4所示，伺服电机控制系统400包括获取模块420和控制模块440。所述各部件的具体功能和操作与上文中针对图1-图3B描述的基本相同，因此为了避免重复，在下文中仅对所述部件进行简要的描述，而省略对相同细节的详细描述。

在一个实施例中，获取模块420用于获取伺服电机的运动参数。控制模块440用于将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较，以及根据比较结果，选择伺服电机增益。

在一个实施例中，伺服电机控制系统400还包括确定模块(未示出)，用于确定所述伺服电机200的控制模式，其中，所述控制模式包括位置控制模式和速度控制模式中的至少一种。

以下，将进一步结合图5-图7示意性地描述根据本公开实施例的伺服电机控制系统。

图5示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统400的详细结构的框图。

如图5所示，获取模块420包括第一获取模块422和第二获取模块424，并且，控制模块440包括第一控制模块442和第二控制模块444，其中，第一获取模块422和第一控制模块442构成伺服电机控制系统的速度环，第二获取模块424和第二控制模块444构成伺服电机控制系统的位置环，并且，速度环是位置环的内部控制环。

此外，如图5所示，控制模块440还包括第三控制模块446，并且，第三控制模块446构成伺服电机控制系统的电流环。，电流环是速度环和位置环的内部控制环，用于控制伺服电机并选择适当的增益。而且，在速度控制模式下，第一控制模块442经由第三控制模块446实现对伺服电机增益的选择；在位置控制模式下，第二控制模块444经由第三控制模块446实现对伺服电机增益的选择，例如，第二控制模块444将速度指令信号CMD2发送给速度环，通过位置控制模式下的运动参数与参数阈值的比较结果并结合速度环中伺服电机的运动参数(例如，从速度指令信号CMD2中获取的由位置环设置的预定速度值)与对应参数阈值的比较结果，进一步经由第三控制模块446实现对伺服电机增益的选择。

伺服电机的运动参数至少包括但不限于以下各项中的至少一项：伺服电机的预定速度、伺服电机的实际速度、速度规划信号和位置误差。在一个实施例中，伺服电机控制系统400根据所采用的伺服电机控制模式获取伺服电机的运动参数。

在一个实施例中，当确定模块确定控制模式为速度控制模式时，待获取的运动参数包括伺服电机200的预定速度和实际速度中的至少一项。第一获取模块422执行以下操作中的至少一种：从接收到的速度指令信号中获取伺服电机200的预定速度；以及根据接收到的速度反馈信号获取伺服电机200的实际速度，其中，速度指令信号包括用户通过伺服电机控制系统的输入装置输入的指令信号VCMD1，该输入的速度指令信号VCMD1中包括用户期望的或者设置的预定速度值；速度反馈信号包括伺服电机200将通过传感器等感测设备感测到的实际运动速度反馈至伺服电机控制系统400的信号。

在速度控制模式下，对应的参数阈值包括第一速度阈值V_tha，当伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于第一速度阈值V_tha时，第一控制模块442将伺服电机增益选择为高增益，例如，从低增益切换到高增益；并且当预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于第一速度阈值V_tha时，第一控制模块442将伺服电机增益选择为低增益，例如，从高增益切换为低增益。

在将伺服电机控制增益选择为低增益之后，当预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于第二速度阈值V_thb且持续第一预定时间段之后，所述第一控制模块442将伺服电机控制模式切换到静默模式。

此外，如以上结合图2B所示，根据本公开实施例的第一控制模块442还可以在经过一定延时t1之后选择高增益时和/或经过一定延时t2之后选择低增益，并且，可以通过指令设置延时t1和t2的值。

图6示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的第一控制模块442的详细框图。如图6所示，第一控制模块442包括第一比较模块620、比例增益控制模块640、积分增益控制模块660以及积分器680。

在一个实施例中，第一比较模块620用于将伺服电机的预定速度和/或所述实际速度中的至少一个与第一速度阈值V_tha进行比较。在速度控制模式下，伺服电机增益与速度环增益K_PV为正比例的关系，因此，可以通过调节速度环增益K_PV来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，可以通过比例增益控制模块640、积分增益控制模块660以及积分器680实现伺服电机增益的选择。例如，可以通过由控制比例增益控制模块640增加速度环的比例增益K_PN和/或通过由积分增益控制模块660控制减少速度环的积分时间来将伺服电机增益选择为高增益，并且，可以通过由控制比例增益控制模块640减小速度环的比例增益和/或通过由积分增益控制模块660增加速度环的积分时间来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

在一个实施例中，当确定模块确定控制模式为位置控制模式时，待获取的运动参数包括速度规划信号和位置误差，在这种情况下，第二获取模块424响应于接收到的位置指令信号PCMD1，获取伺服电机200的位置规划信号，并根据所述位置规划信号计算得到所述速度规划信号；以及根据接收到的位置反馈信号获取伺服电机200的位置误差。其中，位置指令信号PCMD1包括用户通过伺服电机控制系统的输入装置输入的指令信号，该输入的位置指令信号中包括位置规划信号，伺服电机控制系统通过对位置规划信号进行差分计算得到伺服电机的速度规划信号；位置反馈信号包括伺服电机将测量得到的实际定位位置反馈至伺服电机控制系统的信号，并且，伺服电机控制系统根据位置反馈信号中的实际定位位置相对于预定位置的偏差获得位置误差。

此外，由于对应于位置模式的位置环的内部控制环是与速度控制模式对应的速度环，因此，在一个实施例中，在位置控制模式下，位置环可以向速度环输入速度指令信号，从而，待获取的运动参数还可以进一步包括来自位置环的速度指令信号，其中，第二获取模块424还可以进一步根据来自位置环的速度指令信号，获取由位置环设置的预定速度。在这种情况下，对应的参数阈值包括第一速度阈值V_tha。

在速度控制模式下，对应的参数阈值包括第三速度阈值V_thc和位置阈值L_th，当速度规划信号的值大于第三速度阈值V_thc或者当位置误差大于位置阈值L_th时，第二控制模块444将伺服电机增益选择为高增益，以及当速度规划曲线的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差小于位置阈值L_th时，第二控制模块444将伺服电机控制的增益选择为低增益。

根据本公开的实施例，如以上结合图3B所示，根据本公开实施例的第二控制模块443还可以在经过一定延时t11之后选择高增益时和/或经过一定延时t21之后选择低增益，并且，可以通过指令设置延时t11和t21的值。

此外，如图5所示，由于在伺服电机控制系统当中，速度环是位置环的内部控制环，因此，在位置控制模式下，伺服电机控制系统除了考虑位置参数，还可以考虑速度参数，即，第二控制模块还可以进一步再根据速度参数与对应的参数阈值的关系来确定如何选择伺服电机增益。如上文所述，在一个实施例中，所述速度参数包括根据从位置环输入到速度环中的速度指令信号VCMD2获得的预定速度。在一个实施例中，当速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差小于所述位置阈值L_th时，第二控制模块还需要根据速度参数与对应的参数阈值的关系才能确定是否将伺服电机增益从高增益切换到低增益，具体地，伺服电机控制系统中的第一控制模块442将伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个与对应的速度阈值V_tha进行比较，当伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个小于所述对应的速度阈值V_tha时，第二控制模块444才将伺服电机增益选择为低增益；否则，即使速度规划信号的值小于第三速度阈值V_thc并且位置误差小于所述位置阈值L_th，第二控制模块444也不会将伺服电机增益从高增益切换到低增益。

图7示意性地示出根据本公开实施例的伺服电机控制系统的第二控制模块444的详细框图。

如图7所示，第二控制模块444包括第二比较模块720和比例增益控制模块740。第二比较模块720用于将速度规划信号的值与第三速度阈值V_thc进行比较，并将位置误差与位置阈值L_th进行比较。

在位置控制模式下，伺服电机增益取决于对应于位置控制模式的位置环比例增益K_PP。在位置控制模式下，伺服电机增益与位置环比例增益K_PP为正比例的关系，因此，可以通过调节位置环比例增益K_PP来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，可以通过由比例增益控制模块740增加位置环的比例增益K_PP来将伺服电机增益选择为高增益，并且，可以通过由比例增益控制模块740减小位置环的比例增益K_PP来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

此外，在位置控制模式下并结合速度参数的情况下，伺服电机控制系统还可以通过调节位置环比例增益K_PP和速度环增益K_PV来将伺服电机增益选择为高增益或低增益。具体地，可以通过由控制比例增益控制模块640增加速度环的比例增益K_PN和/或通过由积分增益控制模块660控制减少速度环的积分时间和/或过由比例增益控制模块740增加位置环的比例增益K_PP来将伺服电机增益选择为高增益，并且，可以通过由控制比例增益控制模块640减小速度环的比例增益和/或通过由积分增益控制模块660增加速度环的积分时间和/或通过由比例增益控制模块740减小位置环的比例增益K_PP来将伺服电机控制的增益选择为低增益。

应当理解的是，本公开中的各个模块可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可以采取全硬件实施方式、全软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)或者将软件和硬件方面相结合的实施方式的形式，它们在这里都可以被统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的各方面可以采取具有实现于其上的计算机可用程序代码的任意一个或多个计算机可读介质中所实现的计算机程序产品的形式。

图8是图示根据本公开的实施例的伺服电机控制系统的硬件框图。如图8所示，根据本公开实施例的伺服电机控制系统800包括存储器801和处理器802。伺服电机控制系统800中的各组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。

所述存储器801用于存储计算机可读指令。具体地，存储器801可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。

所述处理器802可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制伺服电机控制系统800中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，所述处理器802用于运行所述存储器801中存储的所述计算机可读指令，使得所述伺服电机控制系统800执行上述伺服电机控制方法。所述伺服电机控制方法与上述结合附图图1-图3B所描述的伺服电机控制方法的实施例相同，因此，为简明起见，在下文中仅对其进行简要的描述，而省略对相同细节的详细描述。

在一个实施例中，在所述计算机可读指令被所述处理器802运行时，可以使得伺服电机控制系统800执行以下操作：获取伺服电机的运动参数；将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及根据比较结果，选择伺服电机增益。

在所述计算机可读指令被所述处理器802运行时，还可以使得伺服电机控制系统800执行：确定所述伺服电机的控制模式，其中，所述控制模式包括位置控制模式和速度控制模式中的至少一种。

在一个实施例中，所述运动参数包括伺服电机的预定速度和实际速度中的至少一项，当确定所述控制模式为速度控制模式时，所述伺服电机控制系统执行的获取步骤包括以下步骤中的至少一个：从接收到的速度指令信号中获取伺服电机的预定速度；以及根据接收到的速度反馈信号获取伺服电机的实际速度。

在一个实施例中，当确定所述控制模式为速度控制模式时，所述对应的参数阈值包括第一速度阈值，其中，所述伺服电机控制系统执行的增益选择步骤包括：当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于所述第一速度阈值时，将伺服电机增益选择为高增益；以及当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于所述第一速度阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

在一个实施例中，所述伺服电机控制系统执行的将伺服电机增益选择为高增益的步骤包括通过增加与速度控制模式相对应的比例增益和/或减少与所述速度控制模式相对应的积分时间来将所述将伺服电机增益选择为高增益，并且，所述伺服电机控制系统执行的将伺服电机增益选择为低增益的步骤包括通过减小与所述速度控制模式相对应的比例增益和/或增加与所述速度控制模式相对应的积分时间来将伺服电机增益选择为低增益。

在一个实施例中，在所述计算机可读指令被所述处理器802运行时，还可以使得伺服电机控制系统800执行：在将伺服电机增益选择为低增益步骤之后，当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于第二速度阈值且持续第一预定时间段之后，将伺服电机控制模式切换到静默模式。

在一个实施例中，所述运动参数包括速度规划信号和位置误差，并且，当确定所述控制模式为位置控制模式时，所述伺服电机执行的所述获取步骤包括：响应于接收到的位置指令信号，获取伺服电机的位置规划信号，并根据所述位置规划信号计算得到所述速度规划信号；以及根据接收到的位置反馈信号获取伺服电机的位置误差。

在一个实施例中，当确定所述控制模式为位置控制模式时，所述对应的参数阈值包括第三速度阈值和位置阈值，其中，所述伺服电机控制系统执行的所述增益选择步骤包括：当所述速度规划信号的值大于所述第三速度阈值或者当所述位置误差大于所述位置阈值时，将伺服电机增益选择为高增益；以及当所述速度规划信号的值小于所述第三速度阈值并且所述位置误差小于所述位置阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

在一个实施例中，当所述速度规划信号的值小于所述第三速度阈值并且所述位置误差小于所述位置阈值时，所述伺服电机控制系统执行的低增益选择步骤还包括：将所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个与对应的速度阈值进行比较；当所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个小于所述对应的速度阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

在一个实施例中，所述伺服电机控制系统执行的将伺服电机增益选择为高增益的步骤包括：通过增加与位置控制模式相对应的比例增益来将所述将伺服电机增益选择为高增益，并且，所述伺服电机控制系统执行的将伺服电机增益选择为低增益的步骤包括：通过减小与位置控制模式相对应的比例增益来将伺服电机增益选择为低增益。

此外，需要理解的是，图8所示的伺服电机控制系统800的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，伺服电机控制系统800也可以具有其他组件和结构。例如，输入装置和输出装置等(未示出)。输入装置可用于接收来自用户的输入信息，例如输入的指令(包括：位置指令和/或速度指令)，其可以包括诸如有线/无线网卡、键盘、鼠标、触摸屏、麦克风等各种输入设备。输出装置可以向外部(例如用户)输出各种信息，例如伺服电机运动状态。输出装置可以包括，但不限于，显示器、打印机、绘图仪、扬声器、磁盘或光盘等。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

本公开中的步骤流程图以及以上方法描述仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照给出的顺序进行各个实施例的步骤，某些步骤可以并行、彼此独立或按照其他适当的顺序执行。另外，诸如“其后”、“然后”、“接下来”等等的词语不意图限制步骤的顺序；这些词语仅用于引导读者通读这些方法的描述。

还需要指出的是，在本公开的装置和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (14)

1.一种伺服电机控制方法，包括：

确定所述伺服电机的控制模式，其中，所述控制模式包括位置控制模式和速度控制模式中的至少一种；

获取伺服电机的运动参数；

将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及

根据比较结果，选择伺服电机增益；

其中，所述运动参数包括伺服电机的预定速度和实际速度中的至少一项，当确定所述控制模式为速度控制模式时，所述对应的参数阈值包括第一速度阈值，并且：

所述获取步骤包括以下步骤中的至少一个：

从接收到的速度指令信号中获取伺服电机的预定速度，以及

根据接收到的速度反馈信号获取伺服电机的实际速度，

所述增益选择步骤包括：

当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于所述第一速度阈值时，将伺服电机增益选择为高增益，以及

当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于所述第一速度阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

2.根据权利要求1所述的伺服电机控制方法，其中，所述将伺服电机增益选择为高增益的步骤包括通过增加与速度控制模式相对应的比例增益和/或减少与所述速度控制模式相对应的积分时间来将所述将伺服电机增益选择为高增益，并且，所述将伺服电机增益选择为低增益的步骤包括通过减小与所述速度控制模式相对应的比例增益和/或增加与所述速度控制模式相对应的积分时间来将伺服电机增益选择为低增益。

3.根据权利要求1所述的伺服电机控制方法，在将伺服电机增益选择为低增益步骤之后，当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于第二速度阈值且持续第一预定时间段之后，将伺服电机控制模式切换到静默模式。

4.根据权利要求1所述的伺服电机控制方法，所述运动参数包括速度规划信号和位置误差，并且，当确定所述控制模式为位置控制模式时，所述获取步骤包括：

响应于接收到的位置指令信号，获取伺服电机的位置规划信号，并根据所述位置规划信号计算得到所述速度规划信号；以及

根据接收到的位置反馈信号获取伺服电机的位置误差。

5.根据权利要求4所述的伺服电机控制方法，当确定所述控制模式为位置控制模式时，所述对应的参数阈值包括第三速度阈值和位置阈值，其中，所述增益选择步骤包括：

当所述速度规划信号的值大于所述第三速度阈值或者当所述位置误差大于所述位置阈值时，将伺服电机增益选择为高增益；以及

当所述速度规划信号的值小于所述第三速度阈值并且所述位置误差小于所述位置阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

6.根据权利要求5所述的伺服电机控制方法，其中，当所述速度规划信号的值小于所述第三速度阈值并且所述位置误差小于所述位置阈值时，所述低增益选择步骤还包括：

将所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个与对应的速度阈值进行比较；

当所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个小于所述对应的速度阈值时，将伺服电机增益选择为低增益。

7.根据权利要求5所述的伺服电机控制方法，其中，所述将伺服电机增益选择为高增益的步骤包括：通过增加与位置控制模式相对应的比例增益来将所述将伺服电机增益选择为高增益，并且，所述将伺服电机增益选择为低增益的步骤包括：通过减小与位置控制模式相对应的比例增益来将伺服电机增益选择为低增益。

8.一种伺服电机控制系统，包括：

确定模块，被配置为确定所述伺服电机的控制模式，其中，所述控制模式包括位置控制模式和速度控制模式中的至少一种；

获取模块，获取伺服电机的运动参数；以及

控制模块，被配置为：

将所获取的运动参数与对应的参数阈值进行比较；以及

根据比较结果，选择伺服电机增益；

其中，所述运动参数包括伺服电机的预定速度和实际速度中的至少一项，并且，所述获取模块包括第一获取模块，当所述确定模块确定所述控制模式为速度控制模式时，所述第一获取模块执行以下操作中的至少一个：

从接收到的速度指令信号中获取伺服电机的预定速度；以及

根据接收到的速度反馈信号获取伺服电机的实际速度；

其中，所述控制模块包括第一控制模块，在所述控制模式为速度控制模式的情况下，所述对应的参数阈值包括第一速度阈值，其中，当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个大于所述第一速度阈值时，所述第一控制模块将伺服电机增益选择为高增益，并且当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于所述第一速度阈值时，所述第一控制模块将伺服电机增益选择为低增益。

9.根据权利要求8所述的伺服电机控制系统，其中，所述第一控制模块通过增加与速度控制模式相对应的比例增益和/或减少与所述速度控制模式相对应的积分时间来将所述将伺服电机增益选择为高增益，并且，所述第一控制模块通过减小与所述速度控制模式相对应的比例增益和/或增加与所述速度控制模式相对应的积分时间来将伺服电机增益选择为低增益。

10.根据权利要求8所述的伺服电机控制系统，在将伺服电机控制增益选择为低增益之后，当所述预定速度和/或所述实际速度中的至少一个小于第二速度阈值且持续第一预定时间段之后，所述第一控制模块将伺服电机控制模式切换到静默模式。

11.根据权利要求8所述的伺服电机控制系统，所述运动参数包括速度规划信号和位置误差，并且，所述获取模块包括第二获取模块，当所述确定模块确定所述控制模式为位置控制模式时，所述第二获取模块执行以下操作：

响应于接收到的位置指令信号，获取伺服电机的位置规划信号，并根据所述位置规划信号计算得到所述速度规划信号；以及

根据接收到的位置反馈信号获取伺服电机的位置误差。

12.根据权利要求11所述的伺服电机控制系统，所述控制模块还包括第二控制模块，并且，当所述确定模块确定所述控制模式为位置控制模式时，所述对应的参数阈值包括第三速度阈值和位置阈值，其中，当所述速度规划信号的值大于所述第三速度阈值或者当所述位置误差大于所述位置阈值时，所述第二控制模块将伺服电机控制的增益选择为高增益，以及当所述速度规划曲线的值小于所述第三速度阈值并且位置误差小于所述位置阈值时，所述第二控制模块将伺服电机控制的增益选择为低增益。

13.根据权利要求12所述的伺服电机控制系统，其中，当所述速度规划信号的值小于所述第三速度阈值并且所述位置误差小于所述位置阈值时，所述控制模块还将所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个与对应的速度阈值进行比较，

其中，当所述伺服电机的预定速度和/或实际速度中的至少一个小于所述对应的速度阈值时，所述第二控制模块将伺服电机增益选择为低增益。

14.根据权利要求12所述的伺服电机控制系统，其中，所述第二控制模块通过增加与位置控制模式相对应的比例增益来将所述将伺服电机增益选择为高增益，以及通过减小与位置控制模式相对应的比例增益来将伺服电机增益选择为低增益。

Images