CN112994573B - 一种伺服电机电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及伺服电机控制技术领域，尤其涉及一种伺服电机电压控制方法，包括以下步骤：S1：通过控制器对伺服电机当前的工作电压进行采集；当采集的工作电压在设定范围内时，则重复执行步骤S1，当采集的工作电压超出设定范围时，执行步骤S2；S2：采用移相全桥电路对伺服电机的输入电压进行调节，且在每次调节完成后重复执行步骤S1；控制器保持移相全桥电路中变压器每次通电的预设持续时间不变，通过移相全桥电路控制信号频率的变化实现变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，从而实现工作电压的调节。本发明可对伺服电机的工作全过程进行及时有效的控制，采用了变频控制的方式，提高了输出电压的稳定性，延长了电机的使用寿命。

Description

一种伺服电机电压控制方法
技术领域
本发明涉及伺服电机控制技术领域，尤其涉及一种伺服电机电压控制方法。
背景技术
在伺服电机工作的过程中，更为稳定的输入电压可提高伺服电机使用寿命且获得更为稳定的工作状态；然而在实际的工作过程中，由于供电电源本身存在波动性，从而使得伺服电机的工作电压不可避免的会存在波动，在长时间的使用过程中，会对伺服电机造成不可逆的影响。
鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期设计一种伺服电机电压控制方法。
发明内容
本发明提供了一种伺服电机电压控制方法，从而解决背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种伺服电机电压控制方法，包括以下步骤：
S1：通过控制器对伺服电机当前的工作电压进行采集；当采集的所述工作电压在设定范围内时，则重复执行步骤S1，当采集的所述工作电压超出所述设定范围时，执行步骤S2；
S2：采用移相全桥电路对伺服电机的输入电压进行调节，且在每次调节完成后重复执行步骤S1；
其中，控制器保持移相全桥电路中变压器每次通电的预设持续时间不变，通过所述移相全桥电路控制信号频率的变化实现所述变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，从而实现所述工作电压的调节。
进一步地，所述控制信号频率通过以下控制模型进行调节：
Figure 73544DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 928367DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure 645788DEST_PATH_IMAGE003
（3）
Figure 477215DEST_PATH_IMAGE004
（4）
其中，
Figure 494850DEST_PATH_IMAGE005
为当前所采集的工作电压，单位为V；
Figure 254995DEST_PATH_IMAGE006
为调压后所需的输入电压，单位为V；
Figure 725291DEST_PATH_IMAGE007
为控制信号变化前的控制频率，单位为1/s；
Figure 127453DEST_PATH_IMAGE008
为控制信号变化后的控制频率，单位为1/s；
T为变压器每次通电的预设持续时间，单位为s；
a为第一控制常数，为预设的正值；
K和c均为中间常数。
进一步地，对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率与上一次调压过程的调压比例成正相关。
进一步地，对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率通过以下控制模型进行计算：
Figure 232550DEST_PATH_IMAGE009
（5）
其中，
Figure 429176DEST_PATH_IMAGE010
为对工作电压进行采集的采集频率，单位为1/s；
Figure 121189DEST_PATH_IMAGE011
为初始的采集频率，单位为1/s，为预设值；
Figure 61463DEST_PATH_IMAGE012
取自上一次调压过程。
进一步地，所述设定范围与所述第一控制常数a成负相关。
进一步地，所述控制器对所述工作电压的采集在所述伺服电机启动后的设定时间后开始进行。
进一步地，当所述控制信号频率的变化超出极限范围时，令所述伺服电机停机。
进一步地，调压后所需的输入电压
Figure 38645DEST_PATH_IMAGE014
为设定范围的中间值。
通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：
本发明中提供了一种能够有效保证伺服电机电压稳定性的方法，通过对伺服电机当前的工作电压的持续采集，可对其工作全过程进行及时有效的控制，避免因供电电源的电压波动而对电机所造成的影响，在调压过程中，采用了变频控制的方式，从而实现变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，提高了输出电压的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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的附图。
图1为伺服电机电压控制方法的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，一种伺服电机电压控制方法，包括以下步骤：
S1：通过控制器对伺服电机当前的工作电压进行采集；当采集的工作电压在设定范围内时，则重复执行步骤S1，当采集的工作电压超出设定范围时，执行步骤S2；
S2：采用移相全桥电路对伺服电机的输入电压进行调节，且在每次调节完成后重复执行步骤S1；
其中，控制器保持移相全桥电路中变压器每次通电的预设持续时间不变，通过移相全桥电路控制信号频率的变化实现变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，从而实现工作电压的调节。
本发明中提供了一种能够有效保证伺服电机电压稳定性的方法，通过对伺服电机当前的工作电压的持续采集，可对其工作全过程进行及时有效的控制，避免因供电电源的电压波动而对电机所造成的影响，在调压过程中，采用了变频控制的方式，从而实现变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，提高了输出电压的稳定性。
作为上述实施例的优选，控制信号频率通过以下控制模型进行调节：
Figure 671751DEST_PATH_IMAGE015
（1）
Figure 116639DEST_PATH_IMAGE016
（2）
Figure 329446DEST_PATH_IMAGE017
（3）
Figure 910600DEST_PATH_IMAGE018
（4）
其中，
Figure 947564DEST_PATH_IMAGE019
为当前所采集的工作电压，单位为V；
Figure 614168DEST_PATH_IMAGE020
为调压后的所需输入电压，单位为V；
Figure 630666DEST_PATH_IMAGE021
为控制信号变化前的控制频率，单位为1/s；
Figure 331906DEST_PATH_IMAGE022
为控制信号变化后的控制频率，单位为1/s；
T为变压器每次通电的预设持续时间，单位为s；
a为第一控制常数，为预设的正值；
K和c均为中间常数。
根据当前所采集的工作电压
Figure 805350DEST_PATH_IMAGE023
和调压后的所需输入电压
Figure 693672DEST_PATH_IMAGE024
可计算求得
Figure 779439DEST_PATH_IMAGE025
，从而可间接求得中间常数c和K，在中间常数K、变压器单次通电持续时间T和第一控制常数a已知的情况下，即可求得
Figure 335186DEST_PATH_IMAGE026
，当然，上述结果获得的仅为频率变化的绝对值，无法表明频率是增大或减小的变化方向性，具体的
Figure 215417DEST_PATH_IMAGE027
相对于
Figure 89570DEST_PATH_IMAGE028
是增大或是减小可通过
Figure 713449DEST_PATH_IMAGE029
相对于
Figure 389281DEST_PATH_IMAGE030
的变化方向进行具体判断。根据上述计算结果对控制信号频率进行改变，可在变压器每次通电的预设持续时间不变的情况下，通过控制信号频率的变化而实现变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，提高了输出电压的稳定性，从而完成电压的调节。其中，a值的取值与电机本身的特性相关。
其中，优选调压后所需的输入电压
Figure 705993DEST_PATH_IMAGE031
为设定范围的中间值，从而可降低与下一次电压调节的间隔时间。
鉴于每次电压的调节范围不同，较大的调节范围相对于较小的调节范围而言，不可避免的会存在更大的调节误差，为了降低上述误差的影响，作为上述实施例的优选，对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率与上一次调压过程的调压比例成正相关，从而通过对电压调节行为密度的控制而实现单次调压范围的控制，即，当上一次调压范围较大时，适当的提高后续的采样频率，从而可在一定程度上增加电压的调节次数，因此在一定程度上降低单次的调压范围。
具体地，对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率通过以下控制模型进行计算：
Figure 568907DEST_PATH_IMAGE032
（5）
其中，
Figure 500872DEST_PATH_IMAGE033
为对工作电压进行采集的采集频率，单位为1/s；
Figure 500052DEST_PATH_IMAGE034
为初始的采集频率，单位为1/s，为预设值；
Figure 987665DEST_PATH_IMAGE035
取自上一次调压过程。
通过上述控制模型还可进一步实现以下技术效果：当
Figure 337875DEST_PATH_IMAGE036
占
Figure 67671DEST_PATH_IMAGE037
的比例较高时，鉴于
Figure 452516DEST_PATH_IMAGE038
为设定的定值，也就是说电压调节幅度较高时，会获得数值更大的
Figure 579872DEST_PATH_IMAGE039
，从而在大幅的调压后通过更高的采样频率来更为精准的对电压是否稳定进行监测；与之相反的，当调压幅度较小时，在调压后所产生的波动也较小，因此可适当的降低采样的频率，此种方式可降低控制的难度。
作为上述实施例的优选，设定范围与第一控制常数a成负相关。上述优化的原因在于并非所有的电机均适合同样的设定范围，通过公式
Figure 682957DEST_PATH_IMAGE040
可知，当K值计算完成后，a值与
Figure 452330DEST_PATH_IMAGE041
即频率变化的绝对值成反比，而在实施的过程中，当第一控制常数a的取值较小时，所允许的频率变化范围较大，因此可供电压波动的余地较大；反之，当第一控制常数a的取值较大时，所允许的频率变化范围较小，因此可供电压波动的余地较小。
作为上述实施例的优选，控制器对工作电压的采集在伺服电机启动后的设定时间后开始进行，从而使得伺服电机在自身的工作稳定后而接受控制，避免电机启动后自身的波动而对上述控制过程所造成的影响。
当控制信号频率的变化超出极限范围时，令伺服电机停机，通过上述方式获得了一种对异常情况进行判断的方法，通过计算求得的控制频率的改变可对于控制器的工作有效性进行判断，当控制频率的变化较大时，需要通过人为对运行的安全性和有效性进行判断。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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)

1.一种伺服电机电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过控制器对伺服电机当前的工作电压进行采集；当采集的所述工作电压在设定范围内时，则重复执行步骤S1，当采集的所述工作电压超出所述设定范围时，执行步骤S2；
S2：采用移相全桥电路对伺服电机的输入电压进行调节，且在每次调节完成后重复执行步骤S1；
其中，控制器保持移相全桥电路中变压器每次通电的预设持续时间不变，通过所述移相全桥电路控制信号频率的变化实现所述变压器通电时的预设持续时间占空比的调节，从而实现所述工作电压的调节；
所述控制信号频率通过以下控制模型进行调节：
Figure 150616DEST_PATH_IMAGE002
其中，
U1为当前所采集的工作电压，单位为V；
U2为调压后所需的输入电压，单位为V；
f1为控制信号变化前的控制频率，单位为1/s；
f2为控制信号变化后的控制频率，单位为1/s；
T为变压器每次通电的预设持续时间，单位为s；
a为第一控制常数，为预设的正值；
K和c均为中间常数；
对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率与上一次调压过程的调压比例成正相关；
对伺服电机当前的工作电压进行采集的采样频率通过以下控制模型进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，
f采为对工作电压进行采集的采集频率，单位为1/s；
f0为初始的采集频率，单位为1/s，为预设值；
△U和U1取自上一次调压过程；
所述设定范围与所述第一控制常数a成负相关。
2.根据权利要求1所述的伺服电机电压控制方法，其特征在于，所述控制器对所述工作电压的采集在所述伺服电机启动后的设定时间后开始进行。
3.根据权利要求1所述的伺服电机电压控制方法，其特征在于，当所述控制信号频率的变化超出极限范围时，令所述伺服电机停机。
4.根据权利要求1所述的伺服电机电压控制方法，其特征在于，调压后所需的输入电压U2为设定范围的中间值。
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