CN111697901A - 一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统，在判断出电流环控制失真时，清除速度环对应的积分参数，即对积分参数进行置零处理，并调整处理方式，即从比例积分调节转换为比例调节，可以避免因积分结果滞后造成的速度失控和突变，进而避免伺服电机的运动出现振荡和抖动，提高伺服电机运动的稳定性，从而提高对伺服电机的控制。

Description

一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，尤指一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统。

背景技术

在对伺服电机进行控制时，可以通过电流环、位置环和速度环中的至少一个进行控制，其中，电流环可以理解为以电流信号为反馈信号的控制环节，位置环可以理解为以位置信号为反馈信号的控制环节，速度环可以理解为以速度信号为反馈信号的控制环节。

对于由电流环、位置环和速度环构成的闭环系统而言，通常采集多个采样电阻对伺服电机的电流进行采样，如此，不仅增加了采集结构的制作成本，还容易造成闭环系统控制失误，从而导致伺服电机的振荡和抖动。

那么，如何提高对伺服电机的控制，消除伺服电机在运动时出现的振荡和抖动，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统，用以提高对伺服电机的控制，消除伺服电机在运动时出现的振荡和抖动。

第一方面，本发明实施例提供了一种伺服电机的控制方法，包括：

根据获取到的所述伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机进行运动；

在所述伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

在根据所述电流数据和所述位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制所述伺服电机停止运动；

其中，所述第一距离为：所述伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

可选地，在本发明实施例中，获取所述伺服电机的电流数据和位置数据，具体包括：

根据预设的采集结构，获取所述伺服电机的电流数据和位置数据；

其中，所述采集结构包括：用于采集所述电流数据的单个采样电阻、以及用于采集所述位置数据的位置采集器。

可选地，在本发明实施例中，根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断电流环是否控制失真，具体包括：

判断所述第一距离是否小于预设的第二阈值；所述第二阈值大于所述第一阈值；

若是，则确定所述电流环控制失真；

若否，则确定所述电流环控制未失真。

可选地，在本发明实施例中，所述积分参数包括：所述速度环对应的累积积分值和积分系数。

可选地，在本发明实施例中，还包括：

在判断出所述第一距离不小于所述第一阈值时，根据所述第一距离、以及预设的调节规则，对所述位置环对应的增益系数进行调节；

根据重新获取到的电流数据和位置数据、调整后的增益系数、以及所述比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动。

可选地，在本发明实施例中，所述调节规则包括：

在所述伺服电机的当前位置大于所述目标位置时，对所述位置环对应的增益系数与增益系数变化量进行减法处理；或，在所述伺服电机的当前位置小于所述目标位置时，对所述位置环对应的增益系数与所述增益系数变化量进行加法处理；

其中，所述增益系数变化量为：在预设的距离与增益系数变化量之间的对应关系中，查找到的与所述第一距离对应的增益系数变化量。

可选地，在本发明实施例中，在根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出所述电流环控制未失真时，还包括：

在确定满足预设的重构条件时，根据重新获取到的电流数据和位置数据、以及所述比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动。

可选地，在本发明实施例中，所述重构条件包括：

到达所述电流数据的采集周期，和/或到达所述位置数据的采集周期。

第二方面，本发明实施例提供了一种伺服电机的控制设备，包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令，按照获得的程序执行：

根据获取到的所述伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机进行运动；

在所述伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

在根据所述电流数据和所述位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制所述伺服电机停止运动；

其中，所述第一距离为：所述伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

第三方面，本发明实施例提供了一种伺服电机的控制系统，包括：如本发明实施例提供的上述控制设备、以及采集结构；

其中，所述采集结构包括：用于采集所述伺服电机的电流数据的单个采样电阻、以及用于采集所述伺服电机的位置数据的位置采集器；

所述采集结构用于：采集所述电流数据和所述位置数据，并将采集到的所述电流数据和所述位置数据传输至所述控制设备中，以使所述控制设备根据所述电流数据和所述位置数据，控制所述伺服电机进行运动。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统，在判断出电流环控制失真时，清除速度环对应的积分参数，即对积分参数进行置零处理，并调整处理方式，即从比例积分调节转换为比例调节，可以避免因积分结果滞后造成的速度失控和突变，进而避免伺服电机的运动出现振荡和抖动，提高伺服电机运动的稳定性，从而提高对伺服电机的控制。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种伺服电机的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中提供的具体实施例的流程图；

图3为本发明实施例中提供的一种伺服电机的控制设备的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种伺服电机的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例提供的一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例提供了一种伺服电机的控制方法，如图1所示，可以包括：

S101、根据获取到的伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制伺服电机进行运动；

S102、在伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

S103、在根据电流数据和位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制伺服电机停止运动；其中，第一距离为：伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

在本发明实施例中，在进行比例积分调节处理时，因积分处理存在一定的滞后性，所以在判断出电流环控制失真时，如果依旧采用比例积分调节处理方式进行处理时，会造成的速度失控和突变，导致伺服电机出现振荡和抖动，从而无法准确地控制伺服电机的运动。

因此，若在判断出电流环控制失真时，调整处理方式，即在后续地控制过程中仅采用比例调节处理，并清除速度环对应的积分参数，可以有效避免积分的滞后性带来的伺服电机的振荡和抖动，从而可以提高对伺服电机控制的稳定性，提高对伺服电机的有效控制。

说明一点，在本发明实施例中，是采用电流环、位置环和速度环构成的闭环系统，对伺服电机的运动进行控制的。

其中，在确定闭环系统时，可以具体包括：

根据采集到的电流数据，确定电流环；

根据采集到的位置数据，确定位置环和速度环；

根据确定出的电流环、位置环和速度环，确定闭环系统。

具体地，在根据电流数据确定电流环、以及根据位置数据确定位置环和速度环的过程，可以参见现有技术，在此不再详述。

可选地，在利用闭环系统、以及比例积分调节处理方式，控制伺服电机进行运动时，从内到外依次由电流环、速度环、位置环进行控制，且具体的控制过程可以包括：

对于位置环而言：

位置环的输入可以为外部的脉冲信号，脉冲信号在经过处理后，可以作为设定的目标位置；通过位置采集器采集到的位置数据(即伺服电机的当前位置)与目标位置，经过计算处理后得到的数值，在经过比例积分调节处理方式处理后，将处理后的数值、以及目标位置的合值，作为速度环中的目标速度，传输至速度环中。

对于速度环而言：

通过位置采集器采集到的位置数据，可以确定出伺服电机的实际运动速度，然后对实际运动速度与从位置环中接收到的目标速度进行比较处理后的差值，进行比例积分调节处理方式处理，再将处理结果作为电流环中的目标电流，传输至电流环中。

对于电流环而言：

对通过单个采样电阻采集到的电流数据，与速度环中确定出的目标电流进行比较处理后的差值，进行比例积分调节处理方式处理，将处理后的结果输出至伺服电机中，控制伺服电机进行运动。

可选地，在本发明实施例中，获取伺服电机的电流数据和位置数据，具体包括：

根据预设的采集结构，获取伺服电机的电流数据和位置数据；

其中，采集结构包括：用于采集电流数据的单个采样电阻、以及用于采集位置数据的位置采集器。

位置采集器可以但不限于为编码器，还可以是本领域技术人员所熟知的其他任何可以采集位置数据的结构，在此并不限定。

如此，通过单个采样电阻采集伺服电机的电流数据时，不仅可以降低采集结构的制作成本和电路板的制作面积，同时，还可以有利于提高闭环系统对伺服电机的控制精度。

可选地，在本发明实施例中，根据实时获取到的伺服电机的位置，判断电流环是否控制失真，具体包括：

判断第一距离是否小于预设的第二阈值；第二阈值大于第一阈值；

若是，则确定电流环控制失真；

若否，则确定电流环控制未失真。

说明一点，在闭环系统对伺服电机的控制过程中，若第一距离小于第二阈值时，说明实时获取到的伺服电机的当前位置已经接近目标位置，此时伺服电机的运动速度会变为低速；在低速情况下，电流环的控制很容易出现失真，即采集到的电流数据与伺服电机的实际电流可能不符；如果继续采用比例积分调节处理方式控制伺服电机进行运动时，因积分滞后的影响，会导致采集到的电流的延迟影响变大，即采集到的电流数据与伺服电机的实际电流之前的差距可能会越来越大，从而导致伺服电机失控，出现振荡和抖动的问题。

因此，通过上述方式，可以判断出电流环何时控制失真，以便于对处理方式进行调整、以及对积分参数进行置零处理，从而有利于消除振荡和抖动，提高伺服电机的稳定性。

其中，第一阈值和第二阈值的设置数值，可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。

可选地，在本发明实施例中，积分参数包括：积分参数包括：速度环对应的累积积分值和积分系数。

当然，在实际情况中，积分参数还可以包括其他与积分处理结果相关的数据，在此并不限定。

可选地，在本发明实施例中，还包括：

在判断出第一距离不小于第一阈值时，根据第一距离、以及预设的调节规则，对位置环对应的增益系数进行调节；

根据重新获取到的电流数据和位置数据、调整后的增益系数、以及比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

其中，在判断出第一距离小于第一阈值时，说明实时获取到的伺服电机的当前位置与目标位置之间的误差较小，在允许范围内，是可以接受的，所以说明伺服电机当前运动到了目标位置的附近，此时可以控制伺服电机停止运动；

在判断出第一距离不小于第一阈值时，说明实时获取到的伺服电机的当前位置与目标位置之间的误差较大，并不在允许范围内，所以说明伺服电机当前并未运动到目标位置附近，此时，可以对位置环对应的增益系数进行调节，以减少这种误差对伺服电机的运动造成的不良影响。

由于对位置环对应的增益系数进行了调节，所以需要根据调整后的增益系数重新确定闭环系统，然后再根据重新确定出的闭环系统和比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动，直至判断出第一距离小于第一阈值时，控制伺服电机停止运动。

如此，通过对位置环的增益系数的调节，可以减少位置误差，提高伺服电机的控制精度，从而实现对伺服电机的有效控制。

具体地，在本发明实施例中，调节规则包括：

在伺服电机的当前位置大于目标位置时，对位置环对应的增益系数与增益系数变化量进行减法处理；或，在伺服电机的当前位置小于目标位置时，对位置环对应的增益系数与增益系数变化量进行加法处理；

其中，增益系数变化量为：在预设的距离与增益系数变化量之间的对应关系中，查找到的与第一距离对应的增益系数变化量。

例如，伺服电机的当前位置用W1表示，目标位置用W0表示，调节前的增益系数用A0表示，调节后的增益系数用A1表示，增益系数变化量用△A表示，且△A并不存在正负号，只是表示数值，那么：

在W1大于W0时，调节后的增益系数A1＝A0-△A；

或，W1小于W0时，调节后的增益系数A1＝A0+△A。

其中，距离与增益系数变化量之间的对应关系，可以根据经验和实验结果进行设置，以便于每个距离对应一个增益系数变化量，从而可以从这个对应关系中，查找到与第一距离对应的增益系数变化量△A，进而实现对增益系数的调节，减少位置误差，提高伺服电机的控制精度。

可选地，在本发明实施例中，在根据实时获取到的伺服电机的位置，判断出电流环控制未失真时，还包括：

在确定满足预设的重构条件时，根据重新获取到的电流数据和位置数据、以及比例积分调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

也就是说，在确定满足闭环系统的重构条件时，根据采集结构重新采集到的电流数据和位置数据，重新确定闭环系统；

根据重新确定出的闭环系统和比例积分调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

其中，在判断出电流环控制未失真时，可以理解为伺服电机的当前位置距离目标位置较远，所以：

在满足闭环系统的重构条件时，需要重新确定闭环系统，以使根据重新确定出的闭环系统和比例积分调节处理方式，控制伺服电机继续运动；

在不满足闭环系统的重构条件时，则不需要重新确定闭环系统，进而可以根据当前的闭环系统和比例积分调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

如此，在判断出电流环控制未失真时，可以控制伺服电机继续运动，保证伺服电机的正常运行。

具体地，在本发明实施例中，重构条件包括：

到达电流数据的采集周期，和/或到达位置数据的采集周期。

也就是说，为了提高闭环系统的实效性和控制地准确性，需要周期性地重构闭环系统，以保证闭环系统与伺服电机的当前状态一致，从而提高对伺服电机控制的精确度。

其中，电流数据的采集周期(可以称之为第一采集周期)与位置数据的采集周期(可以称之为第二采集周期)可以设置为相同，也可以设置为不同，可以根据实际情况进行设置，以满足不同应用场景的需要，提高设计的灵活性。

下面结合具体实施例，对本发明实施例提供的控制方法进行解释和说明。

结合图2所示。

S201、根据单个采样电阻按照预设的第一采集周期采集到的伺服电机的电流数据、利用编码器按照预设的第二采集周期采集到的伺服电机的位置数据、以及位置环当前的增益系数，分别构建电流环、位置环和速度环后，确定闭环系统；

S202、根据当前确定出的闭环系统、以及对应的处理方式，控制伺服电机进行运动；

其中，在未对处理方式进行调整之前，依据比例积分调节处理方式控制伺服电机的运动；

在对处理方式进行调整之后，依据比例调节处理方式控制伺服电机的运动。

S203、判断实时获取到的伺服电机的当前位置与预设的目标位置之间的第一距离是否小于第二阈值；若是，则执行S204；若否，则执行S209；

S204、对速度环对应的积分参数进行置零处理；

S205、根据当前确定出的闭环系统、以及比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动；

S206、判断第一距离是否小于第一阈值；若是，则执行S207；若否，则执行S208；

S207、根据当前确定出的闭环系统，控制伺服电机停止运动；结束流程；

S208、根据第一距离、以及预设的调节规则，对位置环对应的增益系数进行调节；执行S201；

S209、判断是否满足闭环系统重构条件；若是，则执行S201；若否，则执行S202。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种伺服电机的控制设备，该控制设备的实现原理与前述一种伺服电机的控制方法的实现原理类似，所以该控制设备的具体实施方式可以参见前述控制方法的具体实施例，重复之处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的一种伺服电机的控制设备，如图3所示，可以包括：

存储器301，用于存储程序指令；

处理器302，用于调用存储器301中存储的程序指令，按照获得的程序执行：

根据获取到的伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制伺服电机进行运动；

在伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

在根据电流数据和位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制伺服电机停止运动；

其中，第一距离为：伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

在本发明实施例中，在判断电流环控制失真时，清除速度环对应的积分参数，并调整伺服电机运动速度的处理方式，即从比例积分调节转换为比例调节，可以避免因积分结果滞后造成的速度失控和突变，进而避免伺服电机的运动出现振荡和抖动，提高伺服电机运动的稳定性，从而提高对伺服电机的控制。

可选地，在本发明实施例中，处理器302具体用于：

判断第一距离是否小于预设的第二阈值；第二阈值大于第一阈值；

若是，则确定电流环控制失真；

若否，则确定电流环控制未失真。

可选地，在本发明实施例中，处理器302还用于：

在判断出第一距离不小于第一阈值时，根据第一距离、以及预设的调节规则，对位置环对应的增益系数进行调节；

根据重新获取到的电流数据和位置数据、调整后的增益系数、以及比例调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

可选地，在本发明实施例中，处理器302还用于：

在根据实时获取到的伺服电机的位置，判断出电流环控制未失真时，在确定满足预设的重构条件时，根据重新获取到的电流数据和位置数据、以及比例积分调节处理方式，控制伺服电机继续运动。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种伺服电机的控制系统，如图4所示，包括：如本发明实施例提供的上述控制设备401、以及采集结构402；

其中，采集结构402包括：用于采集伺服电机的电流数据的单个采样电阻、以及用于采集伺服电机的位置数据的位置采集器；

采集结构402用于：采集电流数据和位置数据，并将采集到的电流数据和位置数据传输至控制设备401中，以使控制设备401根据电流数据和位置数据，控制伺服电机进行运动。

可选地，在本发明实施例中，控制系统还包括其他用于实现控制系统功能的结构，具体可参见现有技术，在此不再详述。

本发明实施例提供的一种伺服电机的控制方法、控制设备及控制系统，在判断电流环控制失真时，清除速度环对应的积分参数，并调整伺服电机运动速度的处理方式，即从比例积分调节转换为比例调节，可以避免因积分结果滞后造成的速度失控和突变，进而避免伺服电机的运动出现振荡和抖动，提高伺服电机运动的稳定性，从而提高对伺服电机的控制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种伺服电机的控制方法，其特征在于，包括：

根据获取到的所述伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机进行运动；

在所述伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

在根据所述电流数据和所述位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制所述伺服电机停止运动；

其中，所述第一距离为：所述伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，获取所述伺服电机的电流数据和位置数据，具体包括：

根据预设的采集结构，获取所述伺服电机的电流数据和位置数据；

其中，所述采集结构包括：用于采集所述电流数据的单个采样电阻、以及用于采集所述位置数据的位置采集器。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断电流环是否控制失真，具体包括：

判断所述第一距离是否小于预设的第二阈值；所述第二阈值大于所述第一阈值；

若是，则确定所述电流环控制失真；

若否，则确定所述电流环控制未失真。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述积分参数包括：所述速度环对应的累积积分值和积分系数。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在判断出所述第一距离不小于所述第一阈值时，根据所述第一距离、以及预设的调节规则，对所述位置环对应的增益系数进行调节；

根据重新获取到的电流数据和位置数据、调整后的增益系数、以及所述比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述调节规则包括：

在所述伺服电机的当前位置大于所述目标位置时，对所述位置环对应的增益系数与增益系数变化量进行减法处理；或，在所述伺服电机的当前位置小于所述目标位置时，对所述位置环对应的增益系数与所述增益系数变化量进行加法处理；

其中，所述增益系数变化量为：在预设的距离与增益系数变化量之间的对应关系中，查找到的与所述第一距离对应的增益系数变化量。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出所述电流环控制未失真时，还包括：

在确定满足预设的重构条件时，根据重新获取到的电流数据和位置数据、以及所述比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述重构条件包括：

到达所述电流数据的采集周期，和/或到达所述位置数据的采集周期。

9.一种伺服电机的控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令，按照获得的程序执行：

根据获取到的所述伺服电机的电流数据和位置数据、以及预设的比例积分调节处理方式，控制所述伺服电机进行运动；

在所述伺服电机的运动过程中，若根据实时获取到的所述伺服电机的位置，判断出电流环控制失真时，对速度环对应的积分参数置零；

在根据所述电流数据和所述位置数据、以及预设的比例调节处理方式，控制所述伺服电机继续运动的过程中，若判断出第一距离小于预设的第一阈值时，控制所述伺服电机停止运动；

其中，所述第一距离为：所述伺服电机的当前位置与位置环中预设的目标位置之间的距离。

10.一种伺服电机的控制系统，其特征在于，包括：如权利要求9所述的控制设备、以及采集结构；

其中，所述采集结构包括：用于采集所述伺服电机的电流数据的单个采样电阻、以及用于采集所述伺服电机的位置数据的位置采集器；

所述采集结构用于：采集所述电流数据和所述位置数据，并将采集到的所述电流数据和所述位置数据传输至所述控制设备中，以使所述控制设备根据所述电流数据和所述位置数据，控制所述伺服电机进行运动。

Images