CN116448157B - 一种编码器位置异常判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码器位置异常判断方法，包括：通过从伺服控制器中获取从编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度中至少一个数据变化与其异常报警门限值相比较，若获取的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常；反之，则正常；任意两个数据联合或三个数据联合进行判断时，任一数据判断超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常。

Description

一种编码器位置异常判断方法

技术领域

本发明涉及工业机器人控制技术领域，具体涉及一种编码器位置异常判断方法。

背景技术

编码器是用来测量位置的关键器件，在电机中通常需要编码器来实时测量电机的旋转角度。电机控制对角度正确与否有很高的要求，当角度不准确的时候往往会导致电机控制效果不理想，造成电机出力不足甚至导致电机飞车。因此编码器的反馈角度准确与否对电机控制至关重要。

现有的技术中针对编码器位置错误，通常由编码器根据自己测量的位置信息来计算编码器前后两个周期的差值来判断位置信息是否错误，但编码器只能知道自身的位置信息，编码器是无法判定是因为给定指令速度过高真实导致角度跳动过大，还是编码器反馈位置信息有误导致的。

为了避免这种情况，编码器侦测位置错误的时候通常会将报错门限设置的较大从而避免因为真实的指令过大导致的角度跳动过大导致编码器误报错。门限设置过大的副作用就是当编码器的位置错误不明显的时候不会报错，但当报错时电机控制已经发生了抖动，飞车等严重问题，此时控制电机停机已经太晚了，有可能会导致事故发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种编码器位置异常判断方法，以期解决背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种编码器位置异常判断方法，包括：通过从伺服控制器中获取从编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度中至少一个数据变化与其异常报警门限值相比较，若获取的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常；反之，则正常；任意两个数据联合或三个数据联合进行判断时，任一数据判断超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常。

针对中编码器侦测位置错误滞后的问题，本发明提出一种在保留编码器报错机制的基础上，在伺服驱动器中集成位置错误报警机制。因为伺服驱动器知道上位机发给伺服的位置指令或者速度指令信号，因此伺服驱动器就可以根据指令信号实时改变位置误差错误报警门限，从而及时准确的侦测出编码器位置错误信息，防止导致更大的错误。通过调取伺服控制器里编码器位置超差、编码器速度和/或编码器加速度进行判断，而不是如传统方法调取的是编码器内部内部数据，编码器内部数据是无法知道给定位置，且存在误判的可能。

在一些实施例中，通过从伺服控制器中获取编码器位置超差来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若给定位置与实际反馈位置的位置超差量的绝对值大于给定位置超差报警门限绝对值，则判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

在一些实施例中，所述位置超差量θ_err＝θ_ref-θ_fbk，其中，θ_ref为给定位置，θ_fbk为实际反馈位置；

所述位置超差报警门限θ_thr＝K_θ*Δθ_ref/K_p；其中，K_p为位置环比例增益，K_θ为位置超差安全系数，Δθ_ref为当前控制周期与上一个控制周期给定位置的变化值；所述Δθ_ref＝θ_ref(k)-θ_ref(k-1)，θ_ref(k)为本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置；其中，1.5≥K_θ＞1。

在一些实施例中，1.3≥K_θ≥1.2。

在一些实施例中，通过从伺服控制器中获取编码器速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值的绝对值大于给定速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

在一些实施例中，所述本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，其中，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_fbk(k-1)参照V_fbk(k)计算得到；

所述速度异常报警门限V_thr＝K_v*ΔV_ref(k)，其中，K_v为速度误差安全系数，ΔV_ref(k)为理论速度变化值；所述ΔV_ref(k)＝V_ref(k)-V_ref(k-1)，其中V_ref(k)＝θ_ref(k)/T_ctrl-θ_ref(k-1)/T_ctrl，θ_ref(k)本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_ref(k-1)参照V_ref(k)计算得到。其中，1.5≥K_v＞1。

在一些实施例中，1.3≥K_v≥1.2。

在一些实施例中，通过从伺服控制器中获取编码器加速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈加速度与上一周期反馈加速度变化值的绝对值大于加速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

在一些实施例中，所述反馈加速度A_fbk＝ΔV_fbk(k)/T_ctrl，其中，ΔV_fbk(k)为本周期反馈速度变化值，T_ctrl为控制周期；所述ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一控制周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_fbk(k-1)参照V_fbk(k)计算得到；

所述加速度异常报警门限A_thr＝K_a*A_max，其中，K_a为加速度异常安全系数，A_max为系统允许最大加速度；其中，1.5≥K_a＞1。

在一些实施例中，1.3≥K_a≥1.2。

本申请所提供的一种编码器位置异常判断方法具有的有益效果包括但不限于：

本发明将传统的侦测编码器异常的策略从单纯的依靠编码器报错变更为编码器和驱动器同时侦测。驱动器侦测是根据当前的给定位置，速度，加速度信号实时变更门限，从位置异常，速度异常，加速度异常三个方面同时侦测编码器反馈异常。

该侦测方式不仅摆脱了单一依靠编码器侦测位置异常门限过大，滞后的缺点，而且能自动变更侦测门限，具有灵敏度高，实时性高的特点。同时为了防止灵敏度过高导致的误报，该发明还分别设置了位置，速度，加速度的安全门限从而保证在实际工况中能够得到较好的应用。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

对本申请实施例所涉及的一种编码器位置异常判断方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例，仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

一种编码器位置异常判断方法，包括：通过从伺服控制器中获取从编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度中至少一个数据变化与其异常报警门限值相比较，若获取的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常；反之，则正常；任意两个数据联合或三个数据联合进行判断时，任一数据判断超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常。

实施例1：

通过从伺服控制器中获取编码器位置超差来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若给定位置与实际反馈位置的位置超差量的绝对值大于给定位置超差报警门限绝对值，则判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

所述位置超差量θ_err＝θ_ref-θ_fbk，其中，θ_ref为给定位置，θ_fbk为实际反馈位置；

所述位置超差报警门限θ_thr＝K_θ*Δθ_ref/K_p；其中，K_p为位置环比例增益，K_θ为位置超差安全系数，Δθ_ref为当前控制周期与上一个控制周期给定位置的变化值；所述Δθ_ref＝θ_ref(k)-θ_ref(k-1)，θ_ref(k)为本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置；其中，1.5≥K_θ＞1。优选为，K_θ取值1.2。

具体示例：

关于编码器位置异常故障判断示例，其具体的计算判断过程如下：

1)计算位置超差量θ_err＝θ_ref-θ_fbk＝1.5圈-1.4圈＝0.1圈；

2)计算当前控制周期与上一个控制周期给定位置的变化值，Δθ_ref＝θ_ref(k)-θ_ref(k-1)＝1.5圈-1.45圈＝0.05圈；

3)设定位置超差安全系数K_θ＝1.2；根据实际情况也可以取在大于1小于等于1.5任意数值，如1.1、1.15、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5等；

4)计算位置超差报警门限θ_thr＝K_θ*Δθ_ref/K_p＝1.2*0.05圈/1.1＝0.0545圈。

5)由于|θ_err|大于|θ_thr|，判断报编码器位置异常故障。

实施例2：

通过从伺服控制器中获取编码器速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值的绝对值大于给定速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

所述本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，其中，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_fbk(k-1)参照V_fbk(k)计算得到；

所述速度异常报警门限V_thr＝K_v*ΔV_ref(k)，其中，K_v为速度误差安全系数，ΔV_ref(k)为理论速度变化值；所述ΔV_ref(k)＝V_ref(k)-V_ref(k-1)，其中V_ref(k)＝θ_ref(k)/T_ctrl-θ_ref(k-1)/T_ctrl，θ_ref(k)本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_ref(k-1)参照V_ref(k)计算得到。其中，1.5≥K_v＞1。优选为，K_v取值1.2。

具体示例：

关于编码器速度异常故障判断示例，其具体的计算判断过程如下：

1)计算本周期给定速度V_ref(k)＝θ_ref(k)/T_ctrl-θ_ref(k-1)/T_ctrl＝1.5圈/0.001秒-1.45圈/0.001秒＝50圈/秒；

2)计算本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl＝1.4圈/0.001秒-1.34圈/0.001秒＝60圈/秒；

3)计算本周期反馈速度变化值ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)＝60圈/秒-55圈/秒＝5圈/秒；

4)计算本周期理论速度变化值ΔV_ref(k)＝V_ref(k)-V_ref(k-1)＝50圈/秒-47圈/秒＝3圈/秒；

5)设置速度误差安全系数K_v＝1.2；根据实际情况也可以取在大于1小于等于1.5任意数值，如1.1、1.15、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5等；

6)计算速度异常报警门限V_thr＝K_v*ΔV_ref(k)＝1.2*3＝3.6；

7)由于|ΔV_fbk(k)|大于|V_thr|，判断报编码器速度异常故障。

实施例3：

通过从伺服控制器中获取编码器加速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈加速度与上一周期反馈加速度变化值的绝对值大于加速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

所述反馈加速度A_fbk＝ΔV_fbk(k)/T_ctrl，其中，ΔV_fbk(k)为本周期反馈速度变化值，T_ctrl为控制周期；所述ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一控制周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；同理，V_fbk(k-1)参照V_fbk(k)计算得到；

所述加速度异常报警门限A_thr＝K_a*A_max，其中，K_a为加速度异常安全系数，A_max为系统允许最大加速度；其中，1.5≥K_a＞1。优选为，K_a取值1.2。

具体示例：

关于编码器加速度异常故障判断示例，其具体的计算判断过程如下：

1)计算本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl＝1.4圈/0.001秒-1.34圈/0.001秒＝60圈/秒；

2)计算本周期反馈速度变化值ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)＝60圈/秒-55圈/秒＝5圈/秒；

3)根据步骤1)和2)计算出的结果计算反馈加速度A_fbk＝ΔV_fbk(k)/T_ctrl＝5圈/秒/0.001秒＝5000圈/秒^2；

4)设置加速度异常安全系数K_a＝1.2，根据实际情况也可以取在大于1小于等于1.5任意数值，如1.1、1.15、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5等。

5)计算加速度异常报警门限A_thr＝K_a*A_max＝＝1.2*4000圈/秒^2＝4800圈/秒^2；

6)由于|A_fbk|大于|A_thr|，则判定报编码器加速度异常故障。

实施例4：

通过从伺服控制器中获取编码器位置超差和编码器速度来判断编码器位置异常方法，具体步骤见实施例1和实施例2的方法，如果编码器位置超差和编码器速度二者有其一的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常。

实施例5：

通过从伺服控制器中获取编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度来判断编码器位置异常方法，具体步骤见实施例1、实施例2和实施例3的方法，如果编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度三者有其一的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，包括：通过从伺服控制器中获取从编码器位置超差、编码器速度和编码器加速度中至少一个数据变化与其异常报警门限值相比较，若获取的数据超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常；反之，则正常；任意两个数据联合或三个数据联合进行判断时，任一数据判断超过异常报警门限值，则判定编码器反馈位置异常，反之，则正常；

通过从伺服控制器中获取编码器位置超差来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若给定位置与实际反馈位置的位置超差量的绝对值大于给定位置超差报警门限绝对值，则判断编码器反馈位置异常，反之，则正常；

所述位置超差量θ_err＝θ_ref-θ_fbk，其中，θ_ref为给定位置，θ_fbk为实际反馈位置；

所述位置超差报警门限θ_thr＝K_θ*Δθ_ref/K_p；其中，K_p为位置环比例增益，K_θ为位置超差安全系数，Δθ_ref为当前控制周期与上一个控制周期给定位置的变化值；所述Δθ_ref＝θ_ref(k)-θ_ref(k-1)，θ_ref(k)为本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置；其中，1.5≥K_θ＞1。

2.根据权利要求1所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，1.3≥K_θ≥1.2。

3.根据权利要求1所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，通过从伺服控制器中获取编码器速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值的绝对值大于给定速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

4.根据权利要求3所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，所述本周期反馈速度与上一周期反馈速度变化值ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，其中，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；

所述速度异常报警门限V_thr＝K_v*ΔV_ref(k)，其中，K_v为速度误差安全系数，ΔV_ref(k)为理论速度变化值；所述ΔV_ref(k)＝V_ref(k)-V_ref(k-1)，其中V_ref(k)＝θ_ref(k)/T_ctrl-θ_ref(k-1)/T_ctrl，θ_ref(k)本控制周期给定位置，θ_ref(k-1)为上一控制周期给定位置，T_ctrl为控制周期；其中，1.5≥K_v＞1。

5.根据权利要求4所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，1.3≥K_v≥1.2。

6.根据权利要求1所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，通过从伺服控制器中获取编码器加速度来判断编码器位置异常方法，包括以下步骤：

若本周期反馈加速度与上一周期反馈加速度变化值的绝对值大于加速度异常报警门限绝对值，则判断编码器速度异常故障，进而判断编码器反馈位置异常，反之，则正常。

7.根据权利要求6所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，

所述反馈加速度A_fbk＝ΔV_fbk(k)/T_ctrl，其中，ΔV_fbk(k)为本周期反馈速度变化值，T_ctrl为控制周期；所述ΔV_fbk(k)＝V_fbk(k)-V_fbk(k-1)，V_fbk(k)为本周期反馈速度，V_fbk(k-1)为上一控制周期反馈速度；所述本周期反馈速度V_fbk(k)＝θ_fbk(k)/T_ctrl-θ_fbk(k-1)/T_ctrl，其中，θ_fbk(k)为本控制周期反馈位置，θ_fbk(k-1)为上一控制周期的反馈位置，T_ctrl为控制周期；

所述加速度异常报警门限A_thr＝K_a*A_max，其中，K_a为加速度异常安全系数，A_max为系统允许最大加速度；其中，1.5≥K_a＞1。

8.根据权利要求7所述的一种编码器位置异常判断方法，其特征在于，1.3≥K_a≥1.2。