CN111181469A - 伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法 - Google Patents

伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法 Download PDF

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CN111181469A CN202010018330.9A CN202010018330A CN111181469A CN 111181469 A CN111181469 A CN 111181469A CN 202010018330 A CN202010018330 A CN 202010018330A CN 111181469 A CN111181469 A CN 111181469A
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杜仁慧
陶春荣
张伟
秦雅
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

本发明提出了一种伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，属于伺服驱动器位置检测技术领域。根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax；在第n个即当前控制周期内采集N次位置反馈值θni(i＝1～N)，依据第n‑1个即上个控制周期的位置反馈值
Figure DDA0002359779730000011
转速值
Figure DDA0002359779730000012
计算第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn；根据Mn判断第n个控制周期的位置数据是否发生异常跳变；根据判断结果采用不同的方法计算第n个控制周期的位置反馈
Figure DDA0002359779730000013
和转速值
Figure DDA0002359779730000014
从第n(n≥n0)个控制周期开始，根据之前n0个周期位置反馈数据判断是否发生了位置反馈异常跳变故障。本发明用于伺服驱动器位置反馈异常跳变检测。

Description

伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法
技术领域
本发明属于伺服驱动器位置检测技术领域。
背景技术
目前伺服电机一般采用旋转变压器、绝对值光电编码器等作为电机转子位置反馈检测的传感器。而且伺服电机的转速一般是根据转子位置计算得出，所以位置检测的准确性是影响伺服驱动器的控制性能的重要因素。在外界干扰，线路短路断路，通信故障等情况下，都会出现位置反馈值异常跳变的情况，当位置反馈出现异常跳变时，可能会导致伺服驱动器控制量突变，影响伺服控制的动态性能，严重时会导致控制失稳甚至机械结构损坏。
现有伺服驱动器编码器位置反馈异常检测方式中，一般分为硬件检测和软件检测两类。硬件检测主要对旋转变压器、绝对值光电编码器等反馈的信号增加比较器、计数器等采集电路，直接判断传感器输出信号的异常，但是这些方法会增加硬件设计的难度及成本。软件检测时，一般一个控制周期内只采集一次位置数据，数据样本数较少，会延长位置异常判断的时间，增加误判的概率。
发明内容
本发明是为了解决伺服驱伺动器控制系统中位置检测反馈异常跳变导致控制性能下降甚至控制失稳的问题，提出了一种伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法。
本发明所述伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，包括以下步骤：
步骤一：根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax；
步骤二：在伺服驱动器控制程序的初始化阶段，通过读取多次数据取平均值的方法得到初始位置反馈值
Figure BDA0002359779710000011
取初始转速值
Figure BDA0002359779710000012
步骤三：在伺服驱动器第n个控制周期内以Δt为周期采集N次位置反馈值θni。根据αmax、Δt和第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000013
转速值
Figure BDA0002359779710000014
判断θni是否为异常跳变值，进而得到第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn；
步骤四：如果Mn≥M0，其中M0为判断第n个控制周期位置数据是否发生异常跳变的阈值，则第n个控制周期的位置数据发生异常跳变，进入步骤五；否则第n个控制周期的位置数据正常，进入步骤六；
步骤五：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA0002359779710000015
舍去第n个控制周期内的位置数据θni，根据第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000021
和转速值
Figure BDA0002359779710000022
计算第n个控制的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000023
和转速值
Figure BDA0002359779710000024
步骤六：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA0002359779710000025
根据第n个控制周期内N-Mn个正常位置反馈值计算第n个控制的位置反馈
Figure BDA0002359779710000026
和转速值
Figure BDA0002359779710000027
步骤七：从第n个控制周期开始，根据之前n0个周期的
Figure BDA0002359779710000028
判断是否发生了位置反馈异常跳变。
本发明的有益效果在于：在不增加任何硬件成本的基础上，能够剔除因干扰等因素导致的位置反馈异常跳变值。由于采用了多周期联合检测的方法，能够避免偶发性位置反馈异常跳变导致的故障误报。与此同时，能够确保在位置反馈通道出现异常跳变故障时，能及时报出，为进一步的决策判断提供依据，有效地保证了伺服驱动器的可靠性。
附图说明
图1伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明进行举例说明。
具体实施方式一：本实施方式伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，它包括以下步骤：
步骤一：根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax。
步骤二：在伺服驱动器控制程序的初始化阶段，通过读取多次数据取平均值的方法得到初始位置反馈值
Figure BDA0002359779710000029
取初始转速值
Figure BDA00023597797100000210
步骤三：在伺服驱动器第n个控制周期内以Δt为周期采集N次位置反馈值θni。根据αmax、Δt和第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA00023597797100000211
转速值
Figure BDA00023597797100000212
判断θni是否为异常跳变值，进而得到第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn。
步骤四：如果Mn≥M0，其中M0为判断第n个控制周期位置数据是否发生异常跳变的阈值，则第n个控制周期的位置数据发生异常跳变，进入步骤五；否则第n个控制周期的位置数据正常，进入步骤六。
步骤五：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA00023597797100000213
舍去第n个控制周期内的位置数据θni，根据第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA00023597797100000214
和转速值
Figure BDA00023597797100000215
计算第n个控制的位置反馈值
Figure BDA00023597797100000216
和转速值
Figure BDA00023597797100000217
步骤六：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA00023597797100000218
根据第n个控制周期内N-Mn个正常位置反馈值计算第n个控制的位置反馈
Figure BDA00023597797100000219
和转速值
Figure BDA00023597797100000220
步骤七：从第n个控制周期开始，根据之前n0个周期的
Figure BDA0002359779710000031
判断是否发生了位置反馈异常跳变。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一中所述伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于，步骤一中根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax的过程为：
伺服电机系统的机械运动方程为：
T＝(Jm+Jl)α-Tl；
上式中T为电机输出扭矩，Jm和Jl分别为电机和负载的转动惯量，α为电机转动的角加转速，Tl为负载扭矩。则有：
Figure BDA0002359779710000032
所以伺服电机的最大角加转速为：
Figure BDA0002359779710000033
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一中所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于，步骤三中在伺服驱动器第n个控制周期内以Δt为周期采集N次位置反馈值θni；根据αmax、Δt和第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000034
转速值
Figure BDA0002359779710000035
判断θni是否为异常跳变值，进而得到第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn的过程为：
根据αmax、Δt、
Figure BDA0002359779710000036
确定位置数据θni的上限值θnimax和下限值θnimin：
Figure BDA0002359779710000037
Figure BDA0002359779710000038
考虑到伺服电机实际运行过程中存在峰值转速，所以当
Figure BDA0002359779710000039
达到正向最大值时，则有：
Figure BDA00023597797100000310
当
Figure BDA00023597797100000311
达到反向最大值时，则有：
Figure BDA00023597797100000312
如果θnimin≤θni≤θnimax，则θni为正常位置反馈值；否则θni为异常位置反馈值，且第n个控制周期内异常位置数据个数Mn加1。
其中，N取值过小时会增加判断每个控制周期位置反馈异常跳变的概率，N取值过大时则对位置反馈的采样时间以及控制芯片的数据处理能力要求较高。所以根据实际应用情况一般取值在6-10之间比较合适。
步骤四中M0一般取为
Figure BDA00023597797100000313
即控制周期内有一半以上的位置反馈发生异常跳变时，则判断该控制周期的位置数据发生异常跳变。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一中所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于，步骤五中第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA0002359779710000041
舍去第n个控制周期内的位置数据θni，根据第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000042
和转速值
Figure BDA0002359779710000043
计算第n个控制的位置反馈值
Figure BDA0002359779710000044
和转速值
Figure BDA0002359779710000045
的过程为：
Figure BDA0002359779710000046
Figure BDA0002359779710000047
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一中所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于，步骤六中第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure BDA0002359779710000048
根据第n个控制周期内N-Mn个正常位置反馈值计算第n个控制的位置反馈
Figure BDA0002359779710000049
和转速值
Figure BDA00023597797100000410
的过程为：
根据公式
Figure BDA00023597797100000411
求得αni，将N-Mn个αni累加得到αn，进一步求得第n个控制周期的角加速度：
Figure BDA00023597797100000412
则有：
Figure BDA00023597797100000413
Figure BDA00023597797100000414
考虑到伺服电机实际运行过程中存在峰值转速，所以当
Figure BDA00023597797100000415
达到最大值时，则有：
Figure BDA00023597797100000416
Figure BDA00023597797100000417
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一中所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于，步骤七中从第n个控制周期开始，根据之前n0个周期的
Figure BDA00023597797100000418
判断是否发生了位置反馈异常跳变的过程为：
从第n个周期开始计算前n0个周期的位置数据异常跳变的总和，这里的n≥n0：
Figure BDA00023597797100000419
如果
Figure BDA00023597797100000420
其中0<b<1，则判定发生了位置反馈异常跳变。其中b的值根据实际应用情况一般在0.4-0.6之间取值。

Claims (6)

1.伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：
步骤一：根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax；
步骤二：在伺服驱动器控制程序的初始化阶段，通过读取多次数据取平均值的方法得到初始位置反馈值
Figure FDA0002359779700000011
取初始转速值
Figure FDA0002359779700000012
步骤三：在伺服驱动器第n个控制周期内以Δt为周期采集N次位置反馈值θni；根据αmax、Δt和第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure FDA0002359779700000013
转速值
Figure FDA0002359779700000014
判断θni是否为异常跳变值，进而得到第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn；
步骤四：如果Mn≥M0，其中M0为判断第n个控制周期位置数据是否发生异常跳变的阈值，则第n个控制周期的位置数据发生异常跳变，进入步骤五；否则第n个控制周期的位置数据正常，进入步骤六；
步骤五：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure FDA0002359779700000015
舍去第n个控制周期内的位置数据θni，根据第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure FDA0002359779700000016
和转速值
Figure FDA0002359779700000017
计算第n个控制的位置反馈值
Figure FDA0002359779700000018
和转速值
Figure FDA0002359779700000019
步骤六：第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure FDA00023597797000000110
根据第n个控制周期内N-Mn个正常位置反馈值计算第n个控制的位置反馈
Figure FDA00023597797000000111
和转速值
Figure FDA00023597797000000112
步骤七：从第n个控制周期开始，根据之前n0个周期的
Figure FDA00023597797000000113
判断是否发生了位置反馈异常跳变。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：步骤一中根据伺服电机的转动惯量Jm和最大输出扭矩Tmax确定伺服电机的最大角加转速αmax的过程为：
伺服电机系统的机械运动方程为：
T＝(Jm+Jl)α-Tl；
上式中T为电机输出扭矩，Jm和Jl分别为电机和负载的转动惯量，α为电机转动的角加转速，Tl为负载扭矩；则有：
Figure FDA00023597797000000114
所以伺服电机的最大角加转速为：
Figure FDA00023597797000000115
3.根据权利要求2所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：所述步骤三中在伺服驱动器第n个控制周期内以Δt为周期采集N次位置反馈值θni；根据αmax、Δt和第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure FDA00023597797000000116
转速值
Figure FDA00023597797000000117
判断θni是否为异常跳变值，进而得到第n个控制周期内位置反馈异常跳变的个数Mn的过程为：
根据αmax、Δt、
Figure FDA0002359779700000021
确定位置数据θni的上限值θnimax和下限值θnimin：
Figure FDA0002359779700000022
Figure FDA0002359779700000023
如果θnimin≤θni≤θnimax，则θni为正常位置反馈值；否则θni为异常位置反馈值，且第n个控制周期内异常位置数据个数Mn加1。
4.根据权利要求3所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：所述步骤五中第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure FDA0002359779700000024
舍去第n个控制周期内的位置数据θni，根据第n-1个控制周期的位置反馈值
Figure FDA0002359779700000025
和转速值
Figure FDA0002359779700000026
计算第n个控制的位置反馈值
Figure FDA0002359779700000027
和转速值
Figure FDA0002359779700000028
的过程为：
Figure FDA0002359779700000029
Figure FDA00023597797000000210
5.根据权利要求4所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：所述步骤六中第n个控制周期的位置数据异常跳变标志位
Figure FDA00023597797000000211
根据第n个控制周期内N-Mn个正常位置反馈值计算第n个控制的位置反馈
Figure FDA00023597797000000212
和转速值
Figure FDA00023597797000000213
的过程为：
根据公式：
Figure FDA00023597797000000214
求得αni，将N-Mn个αni累加得到αn，进一步求得第n个控制周期的角加速度：
Figure FDA00023597797000000215
则有：
Figure FDA00023597797000000216
Figure FDA00023597797000000217
6.根据权利要求5所述的伺服驱动器位置反馈异常跳变多周期联合检测处理方法，其特征在于：所述步骤七中从第n个控制周期开始，根据之前n0个周期的
Figure FDA00023597797000000218
判断是否发生了位置反馈异常跳变故障的过程为：
从第n个周期开始计算前n0个周期的位置数据异常跳变的总和，这里的n≥n0：
Figure FDA00023597797000000219
如果
Figure FDA00023597797000000220
其中0<b<1，则判定发生了位置反馈异常跳变故障。
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