CN115951219A - 伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置，该方法包括：获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度；根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机的原始力常数；根据永磁同步伺服电机对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数。该方法能够解决永磁同步伺服电机的伺服马达转速不稳定导致测量的力常数具有较大误差的问题，使获取的永磁同步伺服电机的目标力常数更加稳定且精确。

Description

伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置

技术领域

本发明涉及伺服电机领域，尤其涉及一种伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置。

背景技术

现有技术中，永磁同步伺服电机多为三相永磁同步伺服电机。图1示出一种三相永磁同步伺服电机的结构，该三相永磁同步伺服电机包括转子和定子，通常转子为永磁体，定子中有线圈绕组，工作过程中，线圈绕组中通随转子角度变化的电流，定子的线圈绕组中就产生随转子角度变化的感应磁场，定子的线圈绕组产生的感应磁场和转子的磁场相互作用，从而推动转子转动。力常数是永磁同步伺服电机的重要参数之一，力常数的设计值和实际值可能会有偏差，因此，需要通过测量获取永磁同步伺服电机对应的力常数。

根据永磁同步伺服电机中，任意相的反向电动势常数的定义和任意相的力常数的定义可知，同一相的反向电动势常数和力常数在数值上是相等的，因此，可以通过测量反向电动势的方式来获取力常数。现有技术中，通常将永磁同步伺服电机中伺服马达的三相接入示波器，在伺服马达转动过程中，得到永磁同步伺服电机中每一相的反向电动势波形，根据每一相的反向电动势波形的峰值电压和周期，获取对应相的力常数。图2示出了在伺服马达转动过程中，永磁同步伺服电机中每一相的反向电动势波形，其中，

为反向电动势的峰值，由图2可知，相同相的反向电动势波形的峰值电压并不相等，并且，反向电动势波形并不是标准的余弦函数，这是由于永磁同步伺服电机的伺服马达转动时，伺服马达的转速不恒定，使永磁同步伺服电机的反向电动势波形的峰值电压和周期测量的不准确性导致的。因此，在伺服马达的转速不恒定的情况下，通过反向电动势波形的峰值电压确定对应的力常数，会导致力常数的测量误差较大。

发明内容

本发明实施例提供一种伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置，以解决如何精确测量伺服电机力常数的问题。

一种伺服电机力常数测量方法，包括：

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度；

根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数；

根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

优选地，所述获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度，包括：

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一所述目标时刻对应的角度信号；

根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一所述目标时刻对应的角速度。

优选地，所述根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数，包括：

根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述目标时刻对应的目标比值；

将测量时间段内所有目标时刻对应的目标比值中的最大值，确定为所述永磁同步伺服电机的原始力常数。

优选地，所述根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数，包括：

根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定所述永磁同步伺服电机对应的调整系数；

根据所述永磁同步伺服电机对应的原始力常数和所述调整系数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

优选地，所述根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定所述永磁同步伺服电机对应的调整系数，包括：

若所述永磁同步伺服电机对应的电机类型为三角形电机，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

若所述永磁同步伺服电机对应的电机类型为星形电机，则获取所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型；

若所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

若所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为两相线圈绕组的不同电极接入类型，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为

。

一种测量设备，包括第一存储器、处理器以及存储在所述第一存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述伺服电机力常数测量方法。

一种伺服电机力常数测量装置，包括信号采集设备和所述测量设备，其特征在于，所述信号采集设备，分别与所述永磁同步伺服电机和所述测量设备相连，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角度信号，并将所述反向电动势和所述角度信号发送给所述测量设备；

所述测量设备，与所述信号采集设备相连，用于根据所述角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度；根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数；根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

优选地，所述永磁同步伺服电机包括编码器；

所述信号采集设备包括电动势采集电路、角速度采集电路和数据处理单元；

所述电动势采集电路包括电压预处理电路和模数转换器；所述电压预处理电路与所述永磁同步伺服电机相连，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中产生的反向电动势信号；所述模数转换器与所述电压预处理电路相连，用于对所述反向电动势信号进行模数转换，获取所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；

所述角速度采集电路包括编码器接口电路，所述编码器接口电路与所述永磁同步伺服电机，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号；

所述数据处理单元，与所述模数转换器、所述编码器接口电路和所述测量设备相连，用于将所述目标时刻对应的反向电动势和所述目标时刻对应的角度信号发送给测量设备。

优选地，所述电压预处理电路包括保护电路和放大电路；

所述保护电路的一端与永磁同步伺服电机相连，所述保护电路的另一端与所述电压预处理电路相连，用于实现过压保护；

所述放大电路的一端与所述电压预处理电路相连，所述放大电路的另一端与所述模数转换器相连，用于对所述永磁同步伺服电机的反向电动势进行放大或缩小，使所述反向电动势落入所述模数转换器的输入电压范围。

优选地，所述永磁同步伺服电机通过任意单相线圈绕组的两个电极或者任意两相线圈绕组的不同电极接入所述电压预处理电路。

上述伺服电机力常数测量方法、测量设备及测量装置，获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角速度，根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机的原始力常数，根据永磁同步伺服电机对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数，能够克服永磁同步伺服电机的伺服马达转速不稳定导致测量的力常数具有较大误差的问题，使获取的永磁同步伺服电机的目标力常数较为稳定且精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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是现有技术中三相永磁同步伺服电机的结构示意图；

图2是永磁同步伺服电机中每一相的反向电动势波形示意图；

图3是本发明一实施例中永磁同步伺服电机中R相线圈绕组的反向电动势的峰值与目标力常数的映射图；

图4是本发明一实施例中伺服电机力常数测量方法的一流程图；

图5是图4中步骤S402的一流程图；

图6是图4中步骤S403的一流程图；

图7是图4中步骤S404的一流程图；

图8是图7中步骤S701的一流程图；

图9是本发明一实施例中测量设备的一示意图；

图10是本发明一实施例中伺服电机力常数测量装置的一示意图；

图11是本发明一实施例中伺服电机力常数测量装置的另一示意图。

图中，1、永磁同步伺服电机；2、信号采集设备；20、电动势采集电路；201、电压预处理电路；202、模数转换器；21、角速度采集电路；211、编码器接口电路；22、数据处理单元；3、测量设备。

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作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。

本实施例提供的伺服电机力常数测量方法，该方法根据永磁同步伺服电机中，任意相的反向电动势与该相的力常数在数值上相等的原理，在永磁同步伺服电机的伺服马达转速不稳定的情况下，实现精确测量永磁同步伺服电机力常数的目的。

例如，图1所示的永磁同步伺服电机包括R、T和S三相几何形状相同的线圈绕组以及转子，并且各线圈绕组的位置空间差均为120°。以R相线圈绕组为例，根据电磁感应定律：

其中， N为电机极对数，

为永磁同步伺服电机1中R相线圈绕组的反向电动势，

为在转子的永磁体磁场作用下，R相线圈绕组中的磁链，其大小为：

其中，

为在永磁体磁场作用下任意单相线圈绕组中的峰值磁链， θ为R相线圈绕组的轴线与永磁体南北磁极分界线的夹角。由于转子可以转动，因此， θ不是恒定值，当转子以角速度 ω运动时， θ为：

其中， t是时间，

为初始角度。

结合上述

和 θ的计算公式可知，永磁同步伺服电机中R相线圈绕组的反向电动势

的计算结果为：

由上述等式关系可知，R相线圈绕组的反向电动势的幅值与转子的角速度成正比，且R相线圈绕组的反向电动势的幅值呈周期性变化。

同理，如图1所示，永磁同步伺服电机1包括R、T和S三相几何形状相同且分布均匀的线圈绕组，可以得出S相线圈绕组的反向电动势

和T相线圈绕组的反向电动势

的计算结果分别为：

由上述

和

的反向电动势计算结果可知，R相、S相和T相对应的反向电动势只存在相位的差异，反向电动势的幅值均相等。

反向电动势

的定义为：

力常数

的定义为：

其中， N为电机极对数，

为在永磁体磁场作用下单相绕组中的峰值磁链。

由反向电动势

和力常数

的定义可知，反向电动势

和力常数

在数值上是相等的。由于R相、S相和T相对应的反向电动势只存在相位的差异，反向电动势的幅值均相等，因此，R相、S相和T相对应的力常数相同。

由于R相、S相和T相中任意相对应的反向电动势的峰值

为：

因此，根据反向电动势

、力常数

的定义以及角速度与任意相反向电动势的周期关系，任意相的力常数为：

所以，任意相的力常数均可通过对应相线圈绕组的反向电动势的峰值与对应的周期确定，或者可通过对应相线圈绕组的反向电动势的峰值与对应的周期的角速度确定。但是，由于永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定，导致获取到的每一个反向电动势对应周期的周期大小和每一周期对应的反向电动势的峰值出现不相同的状况，通过不同周期和该周期对应的反向电动势的峰值直接计算力常数，可能会产生较大误差。

本实施例提供一种伺服电机力常数测量方法，在永磁同步伺服电机的伺服马达转速不稳定的状况下，实现精确测量永磁同步伺服电机力常数的目的。

在一实施例中，如图4所示，提供一种伺服电机力常数测量方法，以该方法应用在图9中的测量设备3中为例进行说明，包括如下步骤：

S401：获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；

S402：获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度；

S403：根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机的原始力常数；

S404：根据永磁同步伺服电机对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

其中，目标时刻是在永磁同步伺服电机1工作的时间段内，按照预设的时间间隔确定的时刻点。反向电动势是永磁同步伺服电机1在工作过程中，任意相线圈绕组产生的感应电动势。

作为一示例，步骤S401中，在永磁同步伺服电机1工作的时间段内，测量设备3按照预设的时间间隔，周期性地获取每一目标时刻时，任意相线圈绕组的反向电动势。现有技术中，在获取永磁同步伺服电机1中任意相线圈绕组的反向电动势时，由于伺服马达转速不稳定，导致测量到的每一周期对应的反向电动势峰值大小不同，只根据测量到的反向电动势峰值确定目标力常数会产生较大误差，因此，需要在永磁同步伺服电机1工作的一段时间内，按照预设的时间间隔，周期性地获取对应时刻的反向电动势，该反向电动势的对应时刻即为目标时刻。本示例中，若在永磁同步伺服电机1工作的时间段内存在 M个目标时刻，其中， M不小于3，测量设备3按照预设的时间间隔 τ，依次获取 M个目标时刻对应的反向电动势 v[0]， v[ τ]， v[2 τ]，…， v[[ M－1]* τ]。本示例中，获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势，便于后续根据每一目标时刻对应的反向电动势确定原始力常数。

其中，角速度是永磁同步伺服电机1在工作过程中，转子转动的角速度。

作为一示例，步骤S402中，在永磁同步伺服电机1工作的时间段内，测量设备3按照预设的时间间隔，周期性地获取每一目标时刻时，转子的角速度。现有技术中，在获取永磁同步伺服电机1的反向电动势时，由于伺服马达转速不稳定，导致每一周期对应的反向电动势峰值大小不同，同时，每一周期的大小不同，导致每一周期中永磁同步伺服电机1的转子对应的角速度大小也不同。为便于后续根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机1的原始力常数，需要获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角速度。本示例中，若在永磁同步伺服电机1工作的时间段内存在 M个目标时刻，测量设备3按照预设的时间间隔 τ，依次获取 M个目标时刻对应的角速度 ω[0]， ω[ τ]， ω[2 τ]，…， ω[[ M－1]* τ]。本示例中，获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的转子的角速度，便于后续根据每一目标时刻的角速度确定原始力常数。

本示例中，测试设备3与信号采集设备相连，该信号采集设备与永磁同步伺服电机1相连，可在永磁同步伺服电机工作过程中，实现采集同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，以使反向电动势和角速度具有关联性，使得后续基于两者计算力常数具有可行性。

其中，原始力常数是根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度确定的力常数，是未经调整的力常数。

作为一示例，步骤S403中，测量设备3在获取永磁同步伺服电机1工作的时间段内，每一目标时刻的反向电动势和角速度之后，根据同一目标时刻的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机1的原始力常数。可理解地，若在永磁同步伺服电机1工作的时间段内存在 M个目标时刻，测量设备3获取 M个目标时刻对应的反向电动势为 v[0]， v[ τ]， v[2 τ]，…， v[[ M－1]* τ]，以及 M个目标时刻对应的角速度为 ω[0]， ω[ τ]， ω[2 τ]，…， ω[[ M－1]* τ]，根据同一目标时刻的反向电动势和角速度的比值，得到每一目标时刻对应的比值，选取每一目标时刻对应的比值中的最优比值，将该最优比值确定永磁同步伺服电机1的原始力常数。本示例中，获取永磁同步伺服电机1工作时间段内的多个目标时刻对应的反向电动势和角速度，并获取同一目标时刻对应的反向电动势和角速度的比值，选取上述比值中的最优比值，将最优比值确定为永磁同步伺服电机1的原始力常数，在永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定的情况下，能够测量出较为精确的原始力常数。而现有技术中，直接通过反向电动势的峰值和对应的反向电动势的周期计算力常数，这种计算方法会受到永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定的影响，使反向电动势的峰值和对应的反向电动势的周期不准确，进而使计算得到的力常数存在较大误差。相较于现有技术，该获取原始力常数的方法克服了永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定，导致测量的力常数具有较大误差的问题，使获取的原始力常数较为精确。

其中，电机类型是指根据永磁同步伺服电机1的线圈绕组的接线方法确定的永磁同步伺服电机1的类型，包括星形电机和三角形电机。目标力常数是指需要测量得到的，永磁同步伺服电机1任意相对应的力常数。

作为一示例，步骤S404中，测量设备3根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数。可理解地，由于永磁同步伺服电机1的线圈绕组的接线方法可以不止一种，从而产生多种电机类型（如星形电机和三角形电机），不同电机类型对应的电机的目标力常数可能相同也可能不同。对于同一种电机类型，由于其接线方法不同，其对应的目标力常数可能相同也可能不同。因此，在获取目标力常数时，需要确定电机类型，根据电机类型，确定原始力常数与目标力常数的调整系数，根据该调整系数和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数。如图3所示，为采用上述方法获得的永磁同步伺服电机中R相线圈绕组的反向电动势的峰值与对应相的目标力常数的映射图，其中，volt r[i]为测量设备3在永磁同步伺服电机1工作时间段内，采集到的R相线圈绕组中每一目标时刻反向电动势，r[i]为每一目标时刻对应的力常数计算值，

为对应的R相线圈绕组的目标力常数。由图3可知，反向电动势波形的峰值电压并不相等，而采用上述方法获得的反向电动势对应的每一周期的目标力常数均为定值，本示例中，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数，避免永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定导致测量误差，使得到的永磁同步伺服电机1的目标力常数较为稳定且精确。

本实施例提供的伺服电机力常数测量方法，获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角速度，根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机1的原始力常数，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数，该方法克服永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定导致测量的力常数具有较大误差的问题，使得测量到的永磁同步伺服电机1的目标力常数较为稳定且精确。

在一实施例中，如图5所示，步骤S402，即获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度，包括：

S501：获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号；

S502：根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度。

其中，角度信号是指在目标时刻，永磁同步伺服电机1中的任意相线圈绕组的轴线与转子的南北磁极分界线的夹角。如图1所示，永磁同步伺服电机1的转子为永磁体，具有南北磁极，在永磁同步伺服电机1工作过程的每一目标时刻，永磁同步伺服电机1中的任意相线圈绕组的轴线与转子的南北磁极分界线均具有对应的夹角，获取该夹角，即获取得到每一目标时刻对应的角度信号。

作为一示例，步骤S501中，测量设备3获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号。本示例中，在永磁同步伺服电机1工作的时间段内，测量设备3按照预设的时间间隔，周期性地获取该时间段内，每一目标时刻对应的角度信号。例如，测量设备3按照预设的时间间隔

，周期性地获取每一目标时刻对应的角度信号 α[ i*τ]，其中， i代表第 i个目标时刻。若永磁同步伺服电机1工作的时间段内存在 M个目标时刻，为了便于后续根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度，需要获取 M+1个目标时刻对应的角度信号，则每一目标时刻对应的角度信号为 α[0]， α[ τ]， α[2 τ]，…， α[[ M－1]* τ]， α[ M* τ]。本示例中，获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号，便于根据角度信号确定对应目标时刻的角速度。

其中，当前目标时刻是系统当前时间对应的目标时刻，即系统当前时刻需要分析处理某一信号对应的目标时刻。下一目标时刻是与目标时刻相邻的下一个目标时刻。可理解地，一段时间内存在 M个目标时刻，则需要获取 M个目标时刻中，每一个目标时刻对应的角速度，则在获取第 i个目标时刻对应的角速度时，第 i个目标时刻即为当前目标时刻，第 i+1个目标时刻即为下一目标时刻，其中 ，i∈M。作为一示例，步骤S502中，测量设备3根据当前目标时刻对应的角度信号与相邻的下一目标时刻对应的角度信号，确定当前目标时刻对应的角速度，获取每一当前目标时刻对应的角速度。可理解地，对于一段时间内存在的 M个目标时刻，在获取 M个目标时刻中每一个目标时刻对应的角速度时，需要将每一目标时刻作为当前目标时刻，通过获取每一当前目标时刻对应的角速度，来依次确定每一目标时刻对应的角速度。例如，在获取第 i个目标时刻对应的角速度时，将第 i个目标时刻作为当前目标时刻，将第 i+1个目标时刻作为当前目标时刻对应的下一目标时刻，根据第 i个目标时刻对应的角度信号 α[ i* τ]和第 i+1个目标时刻对应的角度信号 α[[ i+1]* τ]，确定第 i个目标时刻对应的角速度，……依次类推，获取 M个目标时刻对应的角速度。

本示例中，测量设备3根据每一目标时刻对应的角度信号 α[0]， α[ τ]， α[2 τ]，…， α[[ M－1]* τ]， α[ M* τ]，依次确定 α[0]， α[ τ]， α[2 τ]，…， α[[ M－1]* τ]， α[ M* τ]为当前目标时刻对应的角度信号，并获取下一目标时刻对应的角度信号与当前目标时刻对应的角度信号的差值，将该差值与周期

的比值，作为当前目标时刻的角速度，依次获取每一当前目标时刻对应的角速度，即可获取每一目标时刻对应的角速度。例如，在当前目标时刻为第 i个目标时刻时，其中， i∈M，第 i个目标时刻对应的角度信号为 α[ i* τ]和第 i+1个目标时刻对应的角度信号为 α[[ i+1]* τ]，则第 i个目标时刻对应的角速度 ω[ i* τ]，为

，按照上述方式，依次获取 M个目标时刻对应的角速度 ω[0]， ω[ τ]， ω[2 τ]，…， ω[[ M－1]* τ]。本示例中，根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度，使后续根据每一目标时刻对应的角速度确定对应目标时刻对应的目标比值具有可行性。

本实施例提供的永磁同步伺服电机1力常数测量方法，获取永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号，根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度，使后续根据每一目标时刻对应的角速度确定对应目标时刻对应的目标比值具有可行性。

在一实施例中，如图6所示，步骤S403，即根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机的原始力常数，包括：

S601：根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定目标时刻对应的目标比值；

S602：将测量时间段内所有目标时刻对应的目标比值中的最大值，确定为永磁同步伺服电机的原始力常数。

其中，目标比值为所有目标时刻中，同一目标时刻对应的反向电动势和角速度的比值。

作为一示例，步骤S601中，测量设备3在获取得到每一目标时刻对应的反向电动势和角速度后，将同一目标时刻对应的反向电动势和角速度的比值作为目标比值。本示例中，测量设备3根据获取到的每一目标时刻对应的反向电动势 v[0]， v[ τ]， v[2 τ]，…， v[[ M－1]* τ]和角速度 ω[0]， ω[ τ]， ω[2 τ]，…， ω[[ M－1]* τ]，确定每一个同一目标时刻对应的反向电动势和角速度的比值，并将该比值作为目标比值。例如，第 i个目标时刻对应的目标比值为

，其中， i∈M，按上述方法，依次获取同一目标时刻对应的目标比值为 r[0]， r[ τ]， r[2 τ]，…， r[[ M－1]* τ]。本示例中，将同一目标时刻对应的反向电动势和角速度的比值作为目标比值，便于后续根据目标比值确定原始力常数。

其中，测量时间段是指第一个目标时刻与最后一个目标时刻之间的时间范围。

作为一示例，步骤S602中，测量设备3将每一目标时刻对应的目标比值中，最大的目标比值确定为永磁同步伺服电机1的原始力常数。本示例中，将所有目标时刻对应的目标比值中的最大值，确定为永磁同步伺服电机1的原始力常数，使后续根据原始力常数确定的目标力常数更精确。

本实施例提供的永磁同步伺服电机1力常数测量方法，根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定每一目标时刻对应的目标比值，将每一目标时刻对应的目标比值中的最大值，确定为永磁同步伺服电机1的原始力常数，使后续根据原始力常数确定的目标力常数更精确。

在一实施例中，如图7所示，步骤S404，即根据永磁同步伺服电机对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数，包括：

S701：根据永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定永磁同步伺服电机对应的调整系数；

S702：根据永磁同步伺服电机对应的原始力常数和调整系数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

其中，调整系数是指根据永磁同步伺服电机1中各相线圈绕组的接线方法确定的系数值，用于根据原始力常数确定目标力常数。

作为一示例，步骤S701中，测量设备3获取永磁同步伺服电机1对应的电机类型，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型，确定永磁同步伺服电机1对应的调整系数。例如，根据永磁同步伺服电机1中各相线圈绕组的接线方法，可以确定电机类型包括星形电机和三角形电机，而星形电机和三角形电机对应不同的调整系数。本示例中，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型，确定永磁同步伺服电机1对应的调整系数，使后续根据调整系数获取的目标力常数较为精确。

作为一示例，步骤S702中，测量设备3根据永磁同步伺服电机1对应的原始力常数和调整系数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数。可理解地，由于永磁同步伺服电机1中各相线圈绕组的接线方法产生不同的电机类型，在根据力常数获取公式：

确定目标力常数时，由于

为永磁同步伺服电机1中，单相线圈绕组的反向电动势的峰值，对于不同的电机类型，测量得到的反向电动势的物理意义不同，也就是说，对不同的电机类型，测量得到的反向电动势不一定会恰好是单相线圈绕组的反向电动势，而本示例中，是直接根据测量得到的反向电动势获取原始力常数的，因此，在获取原始力常数后，需要根据调整系数对原始力常数进行调整才能获取得到对应相线圈绕组对应的目标力常数。若第

个目标时刻对应的目标比值最大，其中， j∈M，将第

个目标时刻对应的目标比值确定为原始力常数 r[ j* τ]，并且，确定调整系数为 μ，此时，目标力常数

。本示例中，根据原始力常数和调整系数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数，克服永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定导致测量不精确，进而导致获取到的目标力常数误差较大的问题，使获取得到的目标力常数更加精确。

例如，若调整系数为1，表明测量到的反向电动势即为对应相线圈绕组对应的反向电动势，无需对原始力常数进行调整即可获取较为精确的目标力常数，则直接将原始力常数确定为目标力常数。若第 j个目标时刻对应的目标比值最大，其中， j∈M，将第 j个目标时刻对应的目标比值确定为原始力常数 r[ j* τ]且调整系数 μ为1，此时，目标力常数

。若调整系数 μ为

，表明测量到的反向电动势为对应相线圈绕组的反向电动势的

倍，需要对原始力常数进行调整才能获取较为精确的目标力常数，则将调整系数与原始力常数的乘积确定为目标力常数。若第 j个目标时刻对应的目标比值最大，其中， j∈ M，将第 j个目标时刻对应的目标比值确定为原始力常数 r[ j* τ]且调整系数为

，此时，目标力常数

。如图3所示，为采用上述方法获得的永磁同步伺服电机中R相线圈绕组的反向电动势的峰值与对应相的目标力常数的映射图，其中，volt r[i]为测量设备3在永磁同步伺服电机1工作时间段内，采集到的R相线圈绕组中每一目标时刻反向电动势，r[i]为每一目标时刻对应的力常数计算值，

为对应的R相线圈绕组的目标力常数。由图3可知，反向电动势波形的峰值电压并不相等，而采用上述方法获得的反向电动势对应的每一周期的力常数均为定值且相等，因此，任一反向电动势波形的峰值电压对应的力常数均可作为目标力常数的测量值，进一步地，表明上述方法能够克服永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定，导致测量不精确，进而导致获取到的目标力常数误差较大的问题，获得精确且稳定的目标力常数的测量值。

本实施例提供的永磁同步伺服电机1力常数测量方法，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型，确定永磁同步伺服电机1对应的调整系数，根据原始力常数和调整系数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数，解决由于永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定，导致测量不精确，进而导致获取到的目标力常数误差较大的问题，使获取得到的目标力常数更加稳定且精确。

在一实施例中，如图8所示，步骤S701，即根据永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定永磁同步伺服电机对应的调整系数，包括：

S801：若永磁同步伺服电机对应的电机类型为三角形电机，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

S802：若永磁同步伺服电机对应的电机类型为星形电机，则获取永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型；

S803：若永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

S804：若永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为两相线圈绕组的不同电极接入类型，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为

。

作为一示例，步骤S801中，测量设备3获取并确定永磁同步伺服电机1的电机类型，若永磁同步伺服电机对应的电机类型为三角形电机，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为1。可理解地，任意相的力常数获取公式：

，其中，

为永磁同步伺服电机1中，任意的单相线圈绕组的反向电动势的峰值，由上述力常数获取公式可知，获取永磁同步伺服电机1中任意相线圈绕组对应的目标力常数时，需要获取目标力常数永磁同步伺服电机1中任意的单相线圈绕组的反向电动势。根据永磁同步伺服电机1中各相线圈绕组的接线方法，当永磁同步伺服电机1对应的电机类型为三角形电机时，无论永磁同步伺服电机1的线圈绕组如何进行接线，测量到的反向电动势均恰好为任意的单相线圈绕组对应的反向电动势，此时，无需对获取到的原始力常数进行调整，直接使用测量到的反向电动势获取目标力常数，因此，确定调整系数为1。

其中，绕组接线类型是永磁同步伺服电机1中任意相的线圈绕组的接线类型，用于使测量设备3通过该接线类型获取永磁同步伺服电机中任意相的反向电动势。

作为一示例，步骤S802中，测量设备3获取并确定永磁同步伺服电机1的电机类型，若永磁同步伺服电机1对应的电机类型为星形电机，则进一步获取永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型，便于后续根据绕组接线类型确定对应的调整系数。可理解地，当永磁同步伺服电机1对应的电机类型为星形电机时，永磁同步伺服电机1中的线圈绕组对应的绕组接线类型不同，对应的调整系数也不同，因此，在确定永磁同步伺服电机1对应的电机类型为星形电机，需要进一步获取永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型，便于根据绕组接线类型确定对应的调整系数。

作为一示例，步骤S803中，测量设备3在确定永磁同步伺服电机1的电机类型为星形电机后，若永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为1。可理解地，若永磁同步伺服电机1为星形电机，且永磁同步伺服电机1对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型，则测量到的反向电动势即为任意的单相对应的反向电动势。由任意相的力常数获取公式：

，其中，

为永磁同步伺服电机1中，任意的单相线圈绕组的反向电动势的峰值可知，获取永磁同步伺服电机1中任意相线圈绕组对应的目标力常数时，需要获取目标力常数永磁同步伺服电机1中对应相线圈绕组的反向电动势，而当永磁同步伺服电机1为星形电机，且永磁同步伺服电机1对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型时，测量到的反向电动势恰好为对应的单相线圈绕组的反向电动势，此时，无需对获取到的原始力常数进行调整，直接使用测量到的反向电动势获取目标力常数，因此，确定调整系数为1。

作为一示例，步骤S804中，测量设备3在确定永磁同步伺服电机1的电机类型为星形电机后，若永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为两相线圈绕组的不同电极接入类型，则永磁同步伺服电机对应的调整系数为

。可理解地，当永磁同步伺服电机1对应的电机类型为星形电机，且永磁同步伺服电机1对应的绕组接线类型为不同的两相线圈绕组的两个不同电极接入类型时，测量得到反向电动势为单相线圈绕组对应的反向电动势的

倍，因此，要根据公式

获取任意相线圈绕组对应的目标力常数，需要将测量得到反向电动势调整为测量值的

，得到任意的单相线圈绕组对应的反向电动势，因此，确定调整系数为

。本实施例提供的永磁同步伺服电机1力常数测量方法，根据永磁同步伺服电机1的电机类型和永磁同步伺服电机1中永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型，确定调整系数，使后续根据调整系数获取得到的永磁同步伺服电机1对应的目标力常数更加精确。

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。

在一实施例中，如图9所示，提供一种测量设备3，包括第一存储器、处理器以及存储在第一存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中同步伺服电机力常数测量方法，例如图4所示S401-S404，或者图5至图8中所示，为避免重复，这里不再赘述。

在一实施例中，如图10或者图11所示，提供一种伺服电机力常数测量装置，包括信号采集设备2和上述实施例中的测量设备3。

其中，信号采集设备2，分别与永磁同步伺服电机1和测量设备3相连，用于采集永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角度信号，并将反向电动势和角度信号发送给测量设备3。

其中，测量设备3，与信号采集设备2相连，用于根据角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度；根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机1的原始力常数；根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数。

本实施例提供的伺服电机力常数测量装置，用于获取每一目标时刻对应的反向电动势和角度信号，根据角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度，根据同一目标时刻对应的反向电动势和角速度，确定永磁同步伺服电机1的原始力常数，根据永磁同步伺服电机1对应的电机类型和原始力常数，确定永磁同步伺服电机1对应的目标力常数，该装置能够用于克服永磁同步伺服电机1的伺服马达转速不稳定导致测量的力常数具有较大误差的问题，使获取的永磁同步伺服电机1的目标力常数较为精确。

在一实施例中，如图10或者图11所示，永磁同步伺服电机1包括编码器；

信号采集设备2包括电动势采集电路20、角速度采集电路21和数据处理单元22。

其中，电动势采集电路20包括电压预处理电路201和模数转换器202，电压预处理电路201与永磁同步伺服电机1相连，用于采集永磁同步伺服电机工作过程中产生的反向电动势信号；模数转换器202与电压预处理电路201相连，用于对反向电动势信号进行模数转换，获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势。

作为一示例，如图10或图11所示，模数转换器202与电压预处理电路201相连，用于对电压预处理电路201采集到的永磁同步伺服电机1工作中的反向电动势信号进行模数转换，获取每一目标时刻对应的反向电动势 v[0]， v[ τ]， v[2 τ]，…， v[[ M－1]* τ]。

其中，角速度采集电路21包括编码器接口电路211；编码器接口电路211通过编码器与永磁同步伺服电机1相连，用于采集永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号。

作为一示例，如图10或图11所示，编码器接口电路211一端通过编码器与永磁同步伺服电机1相连，用于采集永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号 α[0]， α[ τ]， α[2 τ]，…， α[[ M－1]* τ]， α[ M* τ]。

其中，数据处理单元22，与模数转换器202、编码器接口电路211和测量设备3相连，用于将目标时刻对应的反向电动势和目标时刻对应的角度信号发送给测量设备3。

作为一示例，数据处理单元22包括第二存储器。数据处理单元22分别与电动势采集电路20、编码器接口电路211和测量设备3相连，用于读取电动势采集电路20中每一目标时刻对应的反向电动势的幅值 v[0]， v[ τ]， v[2 τ]，…， v[[ M－1]* τ]，和编码器接口电路211中每一目标时刻对应的角度信号 α[0]， α[ τ]， α[2 τ]，…， α[[ M－1]* τ]， α[ M* τ]，将每一目标时刻对应的反向电动势的幅值和角度信号存储至第二存储器中，并将每一目标时刻对应的反向电动势和每一目标时刻对应的角度信号发送给测量设备3。

作为一示例，数据处理单元22包括数字信号处理器、现场可编程门阵列或者微控制器。

本实施例中提供的伺服电机力常数测量装置，用于对永磁同步伺服电机1工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角度信号进行采集。

在一实施例中，电压预处理电路201包括保护电路和放大电路。

其中，保护电路的一端与永磁同步伺服电机1相连，保护电路的另一端与电压预处理电路201相连，用于实现过压保护。可理解地，保护电路可以用于保护永磁同步伺服电机力常数测量装置，防止永磁同步伺服电机力常数测量装置因为电压过大而遭到损坏；

其中，放大电路的一端与电压预处理电路201相连，放大电路的另一端与模数转换器202相连，用于对永磁同步伺服电机1的反向电动势进行放大或缩小，使反向电动势落入模数转换器202的输入电压范围。

在一实施例中，永磁同步伺服电机1通过任意单相线圈绕组的两个电极或者任意两相线圈绕组的不同电极接入所述电压预处理电路201。

可理解地，永磁同步伺服电机1包括星形电机和三角形电机。

其中，在永磁同步伺服电机1为三角形电机时，永磁同步伺服电机1通过任意单相线圈绕组的两个电极或者任意两相线圈绕组的两个不同电极接入电压预处理电路201；此时，永磁同步伺服电机1为三角形电机，在通过任意单相线圈绕组的两个电极接入电压预处理电路201，或者任意两相线圈绕组的两个不同电极接入电压预处理电路201时，伺服电机力常数测量装置中的测量到的反向电动势均为单相线圈绕组的反向电动势。

其中，如图10或者图11所示，在永磁同步伺服电机1为星形电机时，永磁同步伺服电机1也通过任意单相线圈绕组的两个电极或者任意两相线圈绕组的不同电极接入电压预处理电路201。

作为一示例，如图10所示，永磁同步伺服电机1为星形电机，永磁同步伺服电机1通过单相线圈绕组的两个电极接入电压预处理电路201，此时，伺服电机力常数测量装置中的测量到的反向电动势为对应的单相的反向电动势。

作为另一示例，如图11所示，永磁同步伺服电机1为星形电机，永磁同步伺服电机1通过两相线圈绕组的不同电极接入电压预处理电路201，此时，伺服电机力常数测量装置中的测量到的反向电动势为任意的单相的反向电动势的

倍。

本实施例提供的伺服电机力常数测量装置中，提供了永磁同步伺服电机中线圈绕组的电极接入电压预处理电路201的多种方式，可以通过多种方式测量伺服电机力常数测量装置中，永磁同步伺服电机的目标力常数。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（SyNchliNk）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

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 (10)

1.一种伺服电机力常数测量方法，其特征在于，包括：

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度；

根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数；

根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

2.如权利要求1所述的伺服电机力常数测量方法，其特征在于，所述获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角速度，包括：

获取永磁同步伺服电机工作过程中，每一所述目标时刻对应的角度信号；

根据下一目标时刻对应的角度信号和当前目标时刻对应的角度信号，确定每一所述目标时刻对应的角速度。

3.如权利要求1所述的伺服电机力常数测量方法，其特征在于，所述根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数，包括：

根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述目标时刻对应的目标比值；

将测量时间段内所有目标时刻对应的目标比值中的最大值，确定为所述永磁同步伺服电机的原始力常数。

4.如权利要求1所述的伺服电机力常数测量方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数，包括：

根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定所述永磁同步伺服电机对应的调整系数；

根据所述永磁同步伺服电机对应的原始力常数和所述调整系数，确定永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

5.如权利要求4所述的伺服电机力常数测量方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型，确定所述永磁同步伺服电机对应的调整系数，包括：

若所述永磁同步伺服电机对应的电机类型为三角形电机，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

若所述永磁同步伺服电机对应的电机类型为星形电机，则获取所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型；

若所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为单相线圈绕组的两个电极接入类型，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为1；

若所述永磁同步伺服电机对应的绕组接线类型为两相线圈绕组的不同电极接入类型，则所述永磁同步伺服电机对应的调整系数为

。

6.一种测量设备，包括第一存储器、处理器以及存储在所述第一存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述伺服电机力常数测量方法。

7.一种伺服电机力常数测量装置，包括信号采集设备和权利要求6所述测量设备，其特征在于，所述信号采集设备，分别与所述永磁同步伺服电机和所述测量设备相连，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势和角度信号，并将所述反向电动势和所述角度信号发送给所述测量设备；

所述测量设备，与所述信号采集设备相连，用于根据所述角度信号，确定每一目标时刻对应的角速度；根据同一所述目标时刻对应的反向电动势和所述角速度，确定所述永磁同步伺服电机的原始力常数；根据所述永磁同步伺服电机对应的电机类型和所述原始力常数，确定所述永磁同步伺服电机对应的目标力常数。

8.如权利要求7所述的伺服电机力常数测量装置，其特征在于，所述永磁同步伺服电机包括编码器；

所述信号采集设备包括电动势采集电路、角速度采集电路和数据处理单元；

所述电动势采集电路包括电压预处理电路和模数转换器；所述电压预处理电路与所述永磁同步伺服电机相连，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中产生的反向电动势信号；所述模数转换器与所述电压预处理电路相连，用于对所述反向电动势信号进行模数转换，获取所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的反向电动势；

所述角速度采集电路包括编码器接口电路，所述编码器接口电路与所述永磁同步伺服电机，用于采集所述永磁同步伺服电机工作过程中，每一目标时刻对应的角度信号；

所述数据处理单元，与所述模数转换器、所述编码器接口电路和所述测量设备相连，用于将所述目标时刻对应的反向电动势和所述目标时刻对应的角度信号发送给测量设备。

9.如权利要求8所述的伺服电机力常数测量装置，其特征在于，所述电压预处理电路包括保护电路和放大电路；

所述保护电路的一端与永磁同步伺服电机相连，所述保护电路的另一端与所述电压预处理电路相连，用于实现过压保护；

所述放大电路的一端与所述电压预处理电路相连，所述放大电路的另一端与所述模数转换器相连，用于对所述永磁同步伺服电机的反向电动势进行放大或缩小，使所述反向电动势落入所述模数转换器的输入电压范围。

10.如权利要求8所述的伺服电机力常数测量装置，其特征在于，所述永磁同步伺服电机通过任意单相线圈绕组的两个电极或者任意两相线圈绕组的不同电极接入所述电压预处理电路。

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