CN114594704B - 电机内环控制方法、装置及控制器 - Google Patents

电机内环控制方法、装置及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明适用于自动化控制领域，提供了电机内环控制方法、装置及控制器。本技术方案中，根据负载大小范围将电流采样量程划分为若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数且所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关，以此提高采样精度，进而将电流指令值按其所在区间的采样放大倍数放大后计算电机PID调节所需的电流差值。如此，可以实现电机电流在不同大小负载下的动态平衡。

Description

电机内环控制方法、装置及控制器
技术领域
本发明属于自动化控制领域，尤其涉及一种电机内环控制方法、装置及控制器。
背景技术
在自动化控制领域，有些电机系统(如，物品运送机器人等)的负载大小变化范围较大，若不对电机电流加以控制，会出现电机输出电流不稳定的现象(即，轻载时电流较小，重载时电流较大)，这十分不利于电机系统的稳定运行和性能。
为此，需要提供一种能实现电机电流在不同大小负载下动态平衡的电机内环(即，电流环)控制方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了电机内环控制方法、装置及控制器，以提供一种能实现电机电流在不同大小负载下动态平衡的电机内环控制方案。
本发明实施例的第一方面提供了一种电机内环控制方法，包括：
电流采样量程被划分成若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关；所述方法包括：
读取当前的电流环指令值；
确定所述电流环指令值所在的目标区间；
按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值；
读取当前的采样电流值；
根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
可选地，每个区间设置有对应的计数值；
所述确定所述电流环指令值所在的目标区间，包括：
判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，若是，则将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间，若否，则更新当前计数值为下一区间对应的计数值，并重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间。
可选地，各区间对应的计数值按预设间隔递增；
所述更新当前计数值为下一区间对应的计数值，包括：
将当前计数值增加所述预设间隔；
判断增加所述预设间隔的当前计数值是否超过最后一个区间对应的计数值，若否，则完成当前计数值的更新，若是，则将当前计数值更新为第一个区间对应的计数值。
可选地，所述根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值，包括：
根据如下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
可选地，所述读取当前的电流环指令值之前，所述方法还包括：
将电流采样量程划分成若干区间，并为每个区间设置采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。
本发明实施例的第二方面提供了一种电机内环控制装置，电流采样量程被划分成若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关；所述装置包括：
电流指令值读取模块，用于读取当前的电流环指令值；
目标区间确定模块，用于确定所述电流环指令值所在的目标区间；
电流环指令值放大模块，用于按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值；
采样电流值读取模块，用于读取当前的采样电流值；
电流差值计算模块，用于根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
可选地，每个区间设置有对应的计数值；
所述目标区间确定模块具体用于：
判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，若是，则将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间，若否，则更新当前计数值为下一区间对应的计数值，并重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间。
可选地，所述电流差值计算模块具体用于：
根据如下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
可选地，所述装置还包括参数配置模块；所述参数配置模块用于：
读取当前的电流环指令值之前，将电流采样量程划分成若干区间，并为每个区间设置采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。
本发明实施例的第三方面提供了一种控制器，包括存储器和处理器；所述存储器中存储有电机内环控制程序，所述处理器执行所述电机内环控制程序时实现如第一方面所述的电机内环控制方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本技术方案中，根据负载大小范围将电流采样量程划分为若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数且所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关，以此提高采样精度，进而将电流指令值按其所在区间的采样放大倍数放大后计算电机PID调节所需的电流差值。如此，可以实现电机电流在不同大小负载下的动态平衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电机系统的应用场景示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电机内环控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电机内环控制方法中步骤220的细化流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种电机内环控制装置的模块框图；
图5是本发明实施例提供的一种控制器的结构示意框图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的一种电机系统的应用场景示意图。如图1所示，所述电机系统包括控制器110、驱动器120、放大器130和电机150，驱动器120和放大器130均连接于控制器110和电机150之间。在一些实施例中，放大器130可以是程控放大器。控制器110输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号至驱动器120，驱动器120根据接收到的PWM信号控制电机150的运行。放大器130用于在控制器110的控制下对电机电流进行实时放大，采样电流值可以由控制器110的采样端口读取。控制器110根据电流环的电流输入值(对应电流指令值)与反馈值(对应采样电流值)的差值进行PID调节，保证电机电流在不同大小负载下的动态平衡。
在本发明实施例中，流程的执行主体为控制器110，控制器110包括但不限于PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、单片机等具有控制功能的设备。
图2为本发明实施例提供的一种电机内环控制方法的流程示意图，详述如下：
步骤210，读取当前的电流环指令值。
本实施例中，电流环指令值由控制器110控制，控制器110可以从自身的存储器中读取所述电流环指令值。
步骤220，确定所述电流环指令值所在的目标区间。
本实施例中，关于步骤220的具体实现方式，可以参考图3及其相关描述。
步骤230，按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值。
本实施例中，根据负载的大小范围，将电流采样量程被划分成若干区间，同时每个区间均设置有采样放大倍数。其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。即，电流环指令值Iref越小，控制器110设置的放大器的放大倍数越大，以此提高采样精度。区间划分情况和各区间采样放大倍数可以预先保存于控制器110中，在执行图1所示的电机内环控制方法后进行调用。可选地，对于特定的负载大小范围，用户可以在控制器110执行所述电机内环控制方法前，将与该特定的负载大小范围匹配的区间划分情况和各区间采样放大倍数输入控制器110，使控制器110对区间划分情况和各区间采样放大倍数进行相应的设置。可选地，所述区间划分情况可以由各区间的上下限电流值确定。
步骤240，读取当前的采样电流值。
本实施例中，采样电流值可以根据控制器110的采样端口处的电流值确定。
步骤250，根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
本实施例中，控制器110可以根据以下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
本技术方案中，根据负载大小范围将电流采样量程划分为若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数且所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关，以此提高采样精度，进而将电流指令值按其所在区间的采样放大倍数放大后计算电机PID调节所需的电流差值。如此，可以实现电机电流在不同大小负载下的动态平衡。
图3示出了本发明实施例提供的一种电机内环控制方法中步骤220的细化流程示意图。如图3所示，步骤220可以包括步骤310至步骤330，具体详述如下：
步骤310，判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间。
本实施例中，控制器110可以从预设区间对应的计数值开始计数。仅仅作为示例，各区间的计数值可以按预设间隔(例如，取1)递增，分别为1至N(正整数)，1至N与N个区间一一对应。在一些实施方式中，控制器110可以从1开始计数。
若是，则执行步骤320；若否，则执行步骤330。
步骤320，将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间。
步骤330，更新当前计数值为下一区间对应的计数值。更新计数值后，跳转回步骤310。即，重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间。基于上述示例，控制器110更新当前计数值的具体方式可以包括：判断增加所述预设间隔的当前计数值是否超过最后一个区间对应的计数值，若否，则完成当前计数值的更新，若是，则将当前计数值更新为第一个区间对应的计数值。例如，当增加预设间隔前当前计数值为N(即，增加预设间隔后会超过N)时，控制器110将当前计数值更新为1。由于控制器110是通过重复执行图1所示流程来实现电机电流的动态平衡，控制器110每次执行该流程时都是从上一次执行该流程时确定的目标区间的计数值(可能是任一区间的计数值，例如2至N之间任一值)开始计数，这样通过在当前计数值达到最大值(如N)时将当前计数值重置为1，可以避免所述目标区间被遗漏检测。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例还提供了一种电机内环控制装置，该电机内环控制装置包括的各模块用于执行图2对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图2对应的实施例中的相关描述。图4示出了本发明实施例提供的一种电机内环控制装置400的模块框图，电机内环控制装置400可以包括电流指令值读取模块410、目标区间确定模块420、电流环指令值放大模块430、采样电流值读取模块440和电流差值计算模块450。
电流指令值读取模块410可以用于读取当前的电流环指令值。
目标区间确定模块420可以用于确定所述电流环指令值所在的目标区间。
可选地，每个区间可以设置有对应的计数值。相应地，目标区间确定模块420具体可以用于：
判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，若是，则将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间，若否，则更新当前计数值为下一区间对应的计数值，并重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间。
电流环指令值放大模块430可以用于按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值。
采样电流值读取模块440可以用于读取当前的采样电流值。
电流差值计算模块450可以用于根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
可选地，电流差值计算模块450具体可以用于：
根据如下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
可选地，电机内环控制装置400还可以包括参数配置模块，所述参数配置模块用于：
读取当前的电流环指令值之前，将电流采样量程划分成若干区间，并为每个区间设置采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。
图5是本发明实施例提供的一种控制器110的结构示意框图。如图5所示，控制器110可以包括处理器50和存储器51。存储器51中存储有可在处理器50上运行的电机内环控制程序52。处理器50执行电机内环控制程序52时实现上述各个电机内环控制方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤210至步骤250。或者，处理器50执行电机内环控制程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块410至模块450的功能。
示例性的，电机内环控制程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器51中，并由处理器50执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列电机内环控制程序指令段，该指令段用于描述电机内环控制程序52在控制器110中的执行过程。例如，电机内环控制程序52可以被分割成电流指令值读取模块410、目标区间确定模块420、电流环指令值放大模块430、采样电流值读取模块440和电流差值计算模块450(虚拟装置中的模块)，各模块具体功能可以参考图4及其相关描述。
本领域技术人员可以理解，图5仅仅是控制器110的示例，并不构成对控制器110的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制器110还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器51可以是控制器110的内部存储单元，例如控制器110的硬盘或内存。存储器51也可以是控制器110的外部存储设备，例如控制器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器51还可以既包括控制器110的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器51用于存储电机内环控制程序以及控制器所需的其他程序和数据。存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电机内环控制方法，其特征在于，电流采样量程被划分成若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关；所述方法包括：
读取当前的电流环指令值；
确定所述电流环指令值所在的目标区间；
每个区间设置有对应的计数值；
所述确定所述电流环指令值所在的目标区间，包括：
判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，若是，则将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间，若否，则更新当前计数值为下一区间对应的计数值，并重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间；
各区间对应的计数值按预设间隔递增；
所述更新当前计数值为下一区间对应的计数值，包括：
将当前计数值增加所述预设间隔；
判断增加所述预设间隔的当前计数值是否超过最后一个区间对应的计数值，若否，则完成当前计数值的更新，若是，则将当前计数值更新为第一个区间对应的计数值；
按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值；
读取当前的采样电流值；
根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
2.如权利要求1所述的电机内环控制方法，其特征在于，所述根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值，包括：
根据如下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
3.如权利要求1所述的电机内环控制方法，其特征在于，所述读取当前的电流环指令值之前，所述方法还包括：
将电流采样量程划分成若干区间，并为每个区间设置采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。
4.一种电机内环控制装置，其特征在于，电流采样量程被划分成若干区间，每个区间均设置有采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关；所述装置包括：
电流指令值读取模块，用于读取当前的电流环指令值；
目标区间确定模块，用于确定所述电流环指令值所在的目标区间；
每个区间设置有对应的计数值；
所述目标区间确定模块具体用于：
判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，若是，则将当前计数值对应的区间确定为所述目标区间，若否，则更新当前计数值为下一区间对应的计数值，并重复判断所述电流环指令值是否位于当前计数值对应的区间，至确定所述目标区间；
各区间对应的计数值按预设间隔递增；
所述更新当前计数值为下一区间对应的计数值，包括：
将当前计数值增加所述预设间隔；
判断增加所述预设间隔的当前计数值是否超过最后一个区间对应的计数值，若否，则完成当前计数值的更新，若是，则将当前计数值更新为第一个区间对应的计数值；
电流环指令值放大模块，用于按所述目标区间的采样放大倍数放大电流环指令值；
采样电流值读取模块，用于读取当前的采样电流值；
电流差值计算模块，用于根据放大后的电流环指令、所述采样电流值和所述目标区间的采样放大倍数，计算电机PID调节所需的电流差值。
5.如权利要求4所述的电机内环控制装置，其特征在于，所述电流差值计算模块具体用于：
根据如下计算式计算所述电流差值：
ΔIi＝(Iref*Ampi-Ifbk)/Ampi
其中，Ampi表示所述目标区间的采样放大倍数，Iref*Ampi表示放大后的电流环指令，Ifbk表示所述采样电流值。
6.如权利要求4所述的电机内环控制装置，其特征在于，所述装置还包括参数配置模块；所述参数配置模块用于：
读取当前的电流环指令值之前，将电流采样量程划分成若干区间，并为每个区间设置采样放大倍数，其中，所述采样放大倍数与对应区间的参考电流值成负相关。
7.一种控制器，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有电机内环控制程序，所述处理器执行所述电机内环控制程序时实现如权利要求1至3任一项所述方法的步骤。
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