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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2021
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| GR01 | Patent grant |