CN113411030B - 一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法 - Google Patents
一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法。本发明提出的转矩控制方法中,加入速度控制处理,防止由于超速而损坏电机。本发明在加入速度控制时,没有直接加入速度控制环,而是将电机的反馈速度通过量纲变换,加入转矩控制过程中,由此增加的运算量小,可以保持快速响应特性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域,具体为一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法。
背景技术
交流伺服电机由于可以方便地控制速度、位置、转矩,广泛应用于机床、印刷设备、纺织设备等。通常转矩控制时,只通过电流环调节,这种方式响应速度快;速度控制时,使用外环速度环和内环电流环来调节,响应速度变慢;位置控制时,需要位置环、速度环、电流环共同调节,响应速度更慢。工业中很多应用场合,需要通过转矩控制伺服电机,让电机在高转矩下工作。电机启动后,转矩迅速提高的同时,速度也会迅速上升,当达到高转矩时,可能会因为速度超出额定速度而损坏电机。由此,通常可以加入速度环,通过切换转矩控制和速度控制方式,以避免超出额定速度,但是这种控制方法会造成电机控制的响应速度变慢。由此,本发明提出了一种改进控制方法,将电机的反馈速度通过量纲变换,加入转矩控制过程中,确保高转矩控制过程中不会超速,同时保持快速响应特性。
发明内容
本发明采取的技术方案如下:
一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法,包括如下步骤:
(1).读取当前时刻t的电机编码器脉冲数,计算反馈频率增量PLSd,
PLSd=(PLSnew-PLSold)*PLSG,
公式中PLSnew是当前时刻t读取的编码器脉冲数,PLSold是上一时刻t-1读取的编码器脉冲数,PLSG是电机轴编码器补偿值,1≤PLSG≤32,
(2).更新当前时刻t的测量频率HZ,
HZ=HZ+PLSd,
(3).判断当前时刻t的测量频率HZ是否超出速度上限设定值HZMAX,
如果HZ>HZMAX,则执行(4),否则执行(5),
公式中HZMAX是电机速度上限设定值,0≤HZMAX≤300,
(4).对当前时刻t的转矩设定值进行限幅,得到限幅后的转矩设定值VFAth,
VFAth=VFA-(HZ-HZMAX)*HZ2FG,
公式中VFA是电机转矩设定值,0≤VFA≤1000,HZ2FG是速度转换成转矩的量纲变换系数,1≤HZ2FG≤100,跳转到(6),
(5).没超速度上限设定值HZMAX时,不需要转矩限幅
VFAth=VFA,
(6).计算并更新当前时刻t的转矩控制值PIODAT,
如果PIODAT+VFAstep<VFAth,则PIODAT=PIODAT+VFAstep,如果PIODAT-VFAstep>VFAth,则PIODAT=PIODAT-VFAstep,否则,PIODAT=VFAth,公式中VFAstep是转矩控制的调节步长,0≤VFAstep≤40,
(7).计算转矩控制输出量HZi,
HZi=PIODAT*K2,
公式中K2是电流控制增益系数,0.01≤K2≤0.5,
(8).通过反馈频率增量PLSd,计算正弦波查找表的索引值TIM
TIM=TIM+PLSd*PHG,
公式中PHG是单位时间的相位比例系数,0.01≤PHG≤100,
(9).通过索引值TIM,查找表得到正弦值SIN和余弦值COS
(10).计算三相PWM的控制量Ui,Vi,
Ui=HZM*COS-HZi*SIN,
Vi=(HZM*SIN+HZi*COS)*√3-Ui)/2,
公式中HZM是虚部设定常数,20≤HZM≤80,
(11).读取霍尔传感器的电流值Uf,Vf,
(12).计算电流偏差Ud,Vd,
Ud=Ui-Uf,
Vd=Vi-Vf,
(13)计算输出控制量Uo,Vo,Wo,用于设定三相PWM的占空比,
Uo=Ud*IG+ZRI,
Vo=Vd*IG+ZRI,
Wo=Ud*IG+Vd*IG+ZRI,
公式中IG是比例系数,1≤IG≤100,ZRI是偏置系数,200≤ZRI≤800。
有益效果:本发明提出的转矩控制方法中,加入速度控制处理,防止由于超速而损坏电机。本发明在加入速度控制时,没有直接加入速度控制环,而是将电机的反馈速度通过量纲变换,加入转矩控制过程中,由此增加的运算量小,可以保持快速响应特性。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示:
一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法,包括如下步骤:
(1).读取当前时刻t的电机编码器脉冲数,计算反馈频率增量PLSd,
PLSd=(PLSnew-PLSold)*PLSG,
公式中PLSnew是当前时刻t读取的编码器脉冲数,PLSold是上一时刻t-1读取的编码器脉冲数,PLSG是电机轴编码器补偿值,1≤PLSG≤32,
(2).更新当前时刻t的测量频率HZ,
HZ=HZ+PLSd,
(3).判断当前时刻t的测量频率HZ是否超出速度上限设定值HZMAX,
如果HZ>HZMAX,则执行(4),否则执行(5),
公式中HZMAX是电机速度上限设定值,0≤HZMAX≤300,
(4).对当前时刻t的转矩设定值进行限幅,得到限幅后的转矩设定值VFAth,
VFAth=VFA-(HZ-HZMAX)*HZ2FG,
公式中VFA是电机转矩设定值,0≤VFA≤1000,HZ2FG是速度转换成转矩的量纲变换系数,1≤HZ2FG≤100,跳转到(6),
(5).没超速度上限设定值HZMAX时,不需要转矩限幅
VFAth=VFA,
(6).计算并更新当前时刻t的转矩控制值PIODAT,
如果PIODAT+VFAstep<VFAth,则PIODAT=PIODAT+VFAstep,
如果PIODAT-VFAstep>VFAth,则PIODAT=PIODAT-VFAstep,
否则,PIODAT=VFAth,公式中VFAstep是转矩控制的调节步长,0≤VFAstep≤40,
(7).计算转矩控制输出量HZi,
HZi=PIODAT*K2,
公式中K2是电流控制增益系数,0.01≤K2≤0.5,
(8).通过反馈频率增量PLSd,计算正弦波查找表的索引值TIM
TIM=TIM+PLSd*PHG,
公式中PHG是单位时间的相位比例系数,0.01≤PHG≤100,
(9).通过索引值TIM,查找表得到正弦值SIN和余弦值COS
(10).计算三相PWM的控制量Ui,Vi,
Ui=HZM*COS-HZi*SIN,
Vi=(HZM*SIN+HZi*COS)*√3-Ui)/2,
公式中HZM是虚部设定常数,20≤HZM≤80,
(11).读取霍尔传感器的电流值Uf,Vf,
(12).计算电流偏差Ud,Vd,
Ud=Ui-Uf,
Vd=Vi-Vf,
(13)计算输出控制量Uo,Vo,Wo,用于设定三相PWM的占空比,
Uo=Ud*IG+ZRI,
Vo=Vd*IG+ZRI,
Wo=Ud*IG+Vd*IG+ZRI,
公式中IG是比例系数,1≤IG≤100,ZRI是偏置系数,200≤ZRI≤800。
需要根据每种电机型号的参数要求来设定最大速度。
速度上限设定值HZMAX规定如下:型号TSM-018A41、TSM-018A42、TSM-018A43和TSM-018A44的HZMAX都为7000转每分钟,折合成速度是7000/60=167Hz。
型号TSM-015B42、TSM-018B43和TSM-022B44的HZMAX都为7000转每分钟。
型号TSM-9P0C41、TSM-011C42、TSM-015C43和TSM-018C44的HZMAX都为7000转每分钟。
型号TSM-7P5D42、TSM-011D43的HZMAX都为7000转每分钟。
型号TSM-5P5E42、TSM-7P5E43的HZMAX都为7000转每分钟。
型号TSM-045A62、TSM-055A63、TSM-022B61、TSM-030B62、TSM-037B63、TSM-018C61、TSM-022C62、TSM-030C63、TSM-015D62、TSM-018D63、TSM-011E62及TSM-015E63的HZMAX都为7000转每分钟。
Claims (1)
1.一种高转矩快速响应的交流伺服电机控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1).读取当前时刻t的电机编码器脉冲数,计算反馈频率增量PLSd,
PLSd=(PLSnew-PLSold)*PLSG,
公式中PLSnew是当前时刻t读取的编码器脉冲数,PLSold是上一时刻t-1读取的编码器脉冲数,PLSG是电机轴编码器补偿值,1≤PLSG≤32,
(2).更新当前时刻t的测量频率HZ,
HZ=HZ+PLSd,
(3).判断当前时刻t的测量频率HZ是否超出速度上限设定值HZMAX,
如果HZ>HZMAX,则执行(4),否则执行(5),
公式中HZMAX是电机速度上限设定值,0≤HZMAX≤300,
(4).对当前时刻t的转矩设定值进行限幅,得到限幅后的转矩设定值VFAth,
VFAth=VFA-(HZ-HZMAX)*HZ2FG,
公式中VFA是电机转矩设定值,0≤VFA≤1000,HZ2FG是速度转换成转矩的量纲变换系数,1≤HZ2FG≤100,跳转到(6),
(5).没超速度上限设定值HZMAX时,不需要转矩限幅
VFAth=VFA,
(6).计算并更新当前时刻t的转矩控制值PIODAT,
如果PIODAT+VFAstep<VFAth,则PIODAT=PIODAT+VFAstep,
如果PIODAT-VFAstep>VFAth,则PIODAT=PIODAT-VFAstep’
否则,PIODAT=VFAth,公式中VFAstep是转矩控制的调节步长,0≤VFAstep≤40,
(7).计算转矩控制输出量HZi,
HZi=PIODAT*K2,
公式中K2是电流控制增益系数,0.01≤K2≤0.5,
(8).通过反馈频率增量PLSd,计算正弦波查找表的索引值TIM
TIM=TIM+PLSd*PHG,
公式中PHG是单位时间的相位比例系数,0.01≤PHG≤100,
(9).通过索引值TIM,查找表得到正弦值SIN和余弦值COS
(10).计算三相PWM的控制量Ui,Vi,
Ui=HZM*COS-HZi*SIN,
公式中HZM是虚部设定常数,20≤HZM≤80,
(11).读取霍尔传感器的电流值Uf,Vf,
(12).计算电流偏差Ud,Vd,
Ud=Ui-Uf,
Vd=Vi-Vf,
(13)计算输出控制量Uo,Vo,Wo,用于设定三相PWM的占空比,
Uo=Ud*IG+ZRI,
Vo=Vd*IG+ZRI,
Wo=Ud*IG+Vd*IG+ZRI,
公式中IG是比例系数,1≤IG≤100,ZRI是偏置系数,200≤ZRI≤800。
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大功率异步牵引电动机在全速范围下的直接转矩控制策略;陈哲明;曾京;;微特电机;-;第-卷(第01期);全文 * |
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