CN116449688A - 机器人电机pid参数确定方法、装置和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种机器人电机PID参数确定方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取满足测试条件的待测PID参数；控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。采用本方法能够提高PID参数整定准确率、效率。
Description
技术领域
本申请涉及参数整定技术领域，特别是涉及一种机器人电机PID参数确定方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
对于使用PID（proportion-integral-derivative，比例-积分-微分）控制器的机器人系统，一般是通过PID控制器的比例、积分、微分三个环节共同控制机器人电机转速，以加快电机响应并抑制电机转速波动。为了取得最佳的控制效果，通常需要对PID控制器的3个控制参数（比例系数、积分系数和微分系数）进行调整，即PID参数整定。
传统技术中，通常使用经验试凑法进行PID 参数整定，例如，在观察系统响应曲线的同时，不断调整 PID参数，直到获得满意的控制效果为止。
然而，传统技术中，既要在观察响应曲线的同时，不断地调整参数，又要控制机器人运行、采集运行数据等，一方面，在观察响应曲线的过程中，易出现疏漏，另一方面，需要进行大量的重复性动作。因此，传统技术中的PID参数整定方式，导致PID参数整定的准确率、效率不高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高PID参数整定准确率、效率的机器人电机PID参数确定方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种机器人电机PID参数确定方法。所述方法包括：
获取满足测试条件的待测PID参数；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
在其中一个实施例中，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，包括：
确定预设转速范围，以及在预设转速范围内转速的递增规则；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转。
在其中一个实施例中，分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，包括：
针对预设转速范围内的每一转速，采集在电机按照转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，电机达到的最大转速与最小转速之差；
将电机在转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为电机在转速下的最大转速波动。
在其中一个实施例中，基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，包括：
基于电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点；
拟合多个离散点，得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。
在其中一个实施例中，比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数，包括：
基于电机在多组待测PID参数下的趋势图中各离散点对应的转速，从同一转速下的离散点中，确定出最大转速波动最小的目标离散点；
基于各目标离散点所属的趋势图，确定目标离散点最多的目标趋势图；
将目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数。
在其中一个实施例中，趋势图的横坐标表征电机的转速，趋势图的纵坐标表征电机的最大转速波动；
所述方法还包括：
基于电机在目标PID参数下的趋势图，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点；
将多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速；
针对每一待测转速，导出在电机按照待测转速进行旋转的过程中，电机的实际转速数据；
分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因。
在其中一个实施例中，分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因，包括：
分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到电机在不同待测转速下的转速频谱图；
针对每一待测转速，基于电机在待测转速下的转速频谱图，确定电机在待测转速下的波动频率；
基于电机在待测转速下的波动频率与电机的待测转速之间的倍频关系，确定电机在待测转速下发生转速波动的原因；倍频关系基于波动频率与待测转速的商确定。
第二方面，本申请还提供了一种机器人电机PID参数确定装置。所述装置包括：
待测参数确定模块，用于获取满足测试条件的待测PID参数；
转速控制模块，用于控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
转速波动采集模块，用于分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
趋势图拟合模块，用于基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
PID参数确定模块，用于比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取满足测试条件的待测PID参数；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取满足测试条件的待测PID参数；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取满足测试条件的待测PID参数；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
上述机器人电机PID参数确定方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，先获取满足测试条件的待测PID参数，即预先缩小PID参数调试范围，避免耗费时间测试与需求相差较远的PID参数，然后，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，并分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，从而基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，最后，通过比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。整个过程中，先缩小PID参数测试范围，能够减少重复性动作，提高PID参数测试效率，然后，控制电机在满足测试条件的待测PID参数下旋转，并采集相关数据，从而基于采集的数据拟合得到电机在待测PID参数下的趋势图，通过对比多组待测PID参数下的趋势图，准确确定目标PID参数，无需一边观察响应曲线，一边调节参数，可以进一步提高PID参数整定准确率、效率。
附图说明
图1为一个实施例中机器人电机PID参数确定方法的应用环境图；
图2为一个实施例中机器人电机PID参数确定方法的流程示意图；
图3为一个实施例中上位机的用户交互界面示意图；
图4为一个实施例中电机的最大转速波动随电机转速变化的趋势图；
图5为一个实施例中的转速频谱图；
图6为另一个实施例中机器人电机PID参数确定方法的流程示意图；
图7为一个实施例中机器人电机PID参数确定装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的机器人电机PID参数确定方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，机器人102可以通过网络、串行通信、USB、蓝牙等方式中的任意一种，与上位机104进行通信。数据存储系统可以存储上位机104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在上位机104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。上位机104可以先获取满足测试条件的待测PID参数，从而控制待测对象（机器人102）的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，并分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，然后，基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，通过比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。其中，机器人102是一种具有高度灵活性的自动化机器，包括多个轴与多个电机。机器人是现在生产常用的自动化设备，如工业机器人中已被广泛运用的机械臂。上位机104包括但不限定于可以用向机器人102发送操作指令、采集机器人102运动数据、处理所采集数据的计算机或单片机，一般还会提供用户操作界面并向用户展示所采集的数据、数据处理结果。例如，个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备等。上位机104可以用独立的上位机或者是多个上位机组成的上位机集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种机器人电机PID参数确定方法，以该方法应用于图1中的上位机为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取满足测试条件的待测PID参数。
其中，满足测试条件的待测PID（proportion-integral-derivative，比例-积分-微分）参数表征：PID参数已预先经过筛选，是具备调试必要的PID参数，其所能产生的控制效果与所需的控制效果不会相差过多，但需要进一步进行调试、整定，以筛选出能达到最佳控制效果的PID参数。PID参数具体为：比例系数、积分系数和微分系数。
可选地，上位机可以基于PID参数历史整定数据、待测对象（待测机器人）的出厂设置参数、或者目标对象基于经验法输入的待测PID参数，确定满足测试条件的多组待测PID参数，以缩小PID参数测试范围。其中，目标对象具体可以为操作人员、测试人员。
示例性地，以上位机基于目标对象输入的待测PID参数，确定满足测试条件的多组待测PID参数为例进行说明，目标对象可以基于经验法确定需要测试的PID参数，将所确定的PID参数输入PID控制器并做标记，留出标记接口以便后续选择需要测试的PID参数。其中，PID控制器与上位机之间可以进行通信。
步骤204，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转。
其中，待测对象具体可以为待测机器人，包括但不限定于工业机器人中的机械臂。电机主要用于驱动机器人的关节，需要被安装在机器人各关节上控制关节运动，可以通过减速器、同步带轮等驱动机器人的轴进行旋转。电机的转速范围可以根据实际应用场景进行灵活配置。电机转速的单位是rps（转/秒）。
可选地，上位机可以响应于目标对象设定电机转速范围的指令，也可以基于电机的出厂设置参数，或者历史PID参数整定记录，确定预设转速范围，并控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转。其中，目标对象具体可以为操作人员、测试人员。
示例性地，以上位机响应于目标对象设定电机转速范围的指令，确定预设转速范围为例进行说明，目标对象可以通过键盘输入或者触屏输入的方式，在上位机中设定电机的转速范围。
步骤206，分别采集电机在不同转速下的最大转速波动。
其中，电机在某一转速下的最大转速波动具体为：在电机按照某一转速进行匀速旋转，且发生转速波动的情况下，电机达到的最大转速与最小转速之差。转速波动具体为：在上位机向机器人发送指令，如“控制电机X按照理论转速Y运行”的情况下，电机X的实际转速偏离了理论转速Y，即产生了转速波动。
可选地，针对每一组待测PID参数，上位机可以在电机按照该组待测PID参数，在预设转速范围内进行不同转速的匀速旋转的过程中，采集电机在不同转速下的最大转速波动，得到电机在该组待测PID参数下，不同转速各自对应的最大转速波动。
进一步的，上位机在采集完某一组待测PID参数对应的不同转速下的最大转速波动后，可以切换至下一组待测PID参数，重复上述采集电机在不同转速下的最大转速波动的过程。
步骤208，基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。
其中，趋势图的横坐标表征电机的转速，纵坐标表征电机的最大转速波动。
可选地，针对每一组待测PID参数，上位机可以基于在该组待测PID参数下，电机在不同转速下的最大转速波动绘制离散点，从而通过拟合离散点，得到在该组待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，进而通过切换待测PID参数，重复获取趋势图的步骤，得到多组待测PID参数各自对应的趋势图。
示例性地，具体可以通过以下方式切换待测PID参数：上位机基于目标对象预设的待测PID参数切换顺序，在采集完某一组待测PID参数下电机的数据之后，自动切换至下一组待测PDI参数；或者，在上位机采集完某一组待测PID参数下的电机运行数据后，上位机不自动切换待测PID参数，而是响应于目标对象手动在上位机的用户交互界面触发的PID参数切换指令，切换至目标对象选择的待测PID参数。其中，每一组待测PID参数均有各自对应的接口地址值，在上位机不自动切换待测PID参数的情况下，上位机可以基于目标对象手动输入的接口地址值，切换至与接口地址值对应的待测PID参数；在上位机自动切换待测PID参数的情况下，上位机可以基于预先为每一组待测PID参数设定的接口地址值，按照预设顺序，自动切换待测PID参数。
步骤210，比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
可选地，上位机可以通过多组待测PID参数所对应趋势图中的离散点，对不同趋势图进行比较，确定控制效果最佳的目标趋势图，将目标趋势图对应的待测PID参数作为目标PID参数。
上述机器人电机PID参数确定方法中，先获取满足测试条件的待测PID参数，即预先缩小PID参数调试范围，避免耗费时间测试与需求相差较远的PID参数，然后，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，并分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，从而基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，最后，通过比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。整个过程中，先缩小PID参数测试范围，能够减少重复性动作，提高PID参数测试效率，然后，控制电机在满足测试条件的待测PID参数下旋转，并采集相关数据，从而基于采集的数据拟合得到电机在待测PID参数下的趋势图，通过对比多组待测PID参数下的趋势图，准确确定目标PID参数，无需一边观察响应曲线，一边调节参数，可以进一步提高PID参数整定准确率、效率。
在其中一个实施例中，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，包括：
确定预设转速范围，以及在预设转速范围内转速的递增规则；
控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转。
其中，转速的递增规则可以根据实际测试需求灵活配置，本实施例中不对此进行限定。在每一转速下，理论上，电机将会在该转速下保持预设时长的匀速旋转，但电机在实际运行过程中会在匀速段发生转速波动。
可选地，上位机可以响应于目标对象设定转速范围、转速递增规则的指令，或者通过分析历史PID参数整定记录，确定预设转速范围以及转速的递增规则，从而控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转。
示例性地，以上位机响应于目标对象设定转速范围、转速递增规则的指令，确定预设转速范围、转速递增规则为例进行说明，如图3所示，提供了一种上位机的用户交互界面示意图。由于机器人通常包括多个轴、多个电机，且轴受电机驱动，目标对象可以在图3所示的用户交互界面中，选择需要进行PID参数整定的电机所对应的轴，例如，目标对象选择轴J1，则上位机对轴J1所对应的电机进行PID参数整定。目标对象还可以在用户交互界面中，设定轴J1所对应电机的转速范围，假设电机的最大转速为nmax，如图3所示，目标对象可以将电机的转速范围设定为5%nmax~100%nmax，并设定在高速段（电机转速大于40%nmax）时电机转速按照10%nmax递增。此外，目标对象还可以设定：在采集完某一组PID参数下电机在不同转速的最大转速波动后，是否由上位机自动切换待测PID参数。图3则提供了一种不自动切换待测PID参数的示例，是由目标对象手动切换待测PID参数，再由上位机响应并执行目标对象的切换指令，控制机器人进行单轴运动（轴J1旋转），并采集轴J1所对应电机在切换后的待测PID参数下的最大转速波动数据。
示例性地，以上位机通过分析历史PID参数整定记录，确定预设转速范围以及转速的递增规则为例进行说明，假设电机的最大转速为nmax，上位机可以通过对历史PID参数整定记录进行分析，确定转速递增规则。例如，设定在电机转速小于8%nmax时，转速按照1%nmax递增，在电机转速大于或等于8%nmax，小于30%nmax时，转速按照2%nmax递增，在电机转速大于或等于30%nmax，小于或等于100%nmax时，转速按照10%nmax递增。其中，在上位机向电机发送按照1%nmax匀速旋转预设时间后，上位机可以向电机发送提升转速，按照2%nmax匀速旋转预设时间的指令，以控制电机按照转速递增规则，依次进行不同转速下的匀速旋转。其中，上述转速递增规则仅为进行举例说明，本实施例中的转速递增规则不限定于以上几种。
本实施例中，通过控制待测对象的电机依次进行不同转速的匀速旋转，可以采集电机在不同转速下的实际转速波动数据，以便确定电机在不同转速下的最大转速波动，从而绘制最大转速波动随转速变化的趋势图、以及分析电机在不同转速下发生转速波动的原因。
在其中一个实施例中，分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，包括：
针对预设转速范围内的每一转速，采集在电机按照转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，电机达到的最大转速与最小转速之差；
将电机在转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为电机在转速下的最大转速波动。
其中，电机在某一转速下的最大转速与最小转速之差，可以表征电机在某一转速下转速的最大波动幅度，可以反应电机（机器人系统）的稳态性能。
可选地，针对预设转速范围内的每一转速，上位机可以采集在待测PID参数下，在电机按照该转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，电机的实际转速数据，从而基于电机在该转速下的实际转速数据，确定电机在该转速下达到的最大转速与最小转速之差，并将电机在该转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为电机在该转速下的最大转速波动，进而得到在预设转速范围内，电机在不同转速各自对应的最大转速波动。
本实施例中，基于离散采样的方式，采集电机在待测PID参数下，在不同转速下转速的最大波动幅度（最大转速波动），一方面，可以较为全面的采集、分析电机在待测PID参数下的转速波动情况，另一方面，通过离散采样，可以在不影响分析结果的情况下，减少需要处理的数据，提高PID参数整定效率。
在其中一个实施例中，基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，包括：
基于电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点；
拟合多个离散点，得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。
可选地，上位机可以基于在待测PID参数下，电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点，其中，离散点的横坐标表征电机的转速，离散点的纵坐标表征电机的最大转速波动，从而拟合多个离散点，得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。进一步的，基于同样的方式，上位机可以拟合得到多组PID参数下，电机的最大转速波动随电机转速变化的趋势图。
示例性地，如图4所示，提供了某一组待测PID参数下，电机的最大转速波动随电机转速变化的趋势图，其中，趋势图的横轴为电机的转速（单位为：rps，转/每秒），纵轴为电机的最大转速波动（单位为：count，count是目标对象根据实际需求设定的一个单位，可以与rps相互转换，count与rps之间的换算规则可以根据实际需求灵活配置），可以理解，为了提高趋势图的直观性，目标对象可以基于实际需求对最大转速波动的单位进行变换。如图4所示，上位机可以基于不同转速下表征转速与最大转速波动之间对应关系的多个离散点，拟合得到图4中的趋势图。
本实施例中，通过对电机在待测PID参数下，在不同转速下的最大转速波动进行拟合，得到电机在待测PID参数下的趋势图，以便后续可以通过对不同待测PID参数下的趋势图中的离散点进行分析，准确确定目标PID参数，可以提高PID参数整定准确率。
在其中一个实施例中，比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数，包括：
基于电机在多组待测PID参数下的趋势图中各离散点对应的转速，从同一转速下的离散点中，确定出最大转速波动最小的目标离散点；
基于各目标离散点所属的趋势图，确定目标离散点最多的目标趋势图；
将目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数。
其中，针对同一转速下的多个离散点，离散点的纵坐标（最大转速波动）的取值越小，表征转速波动幅度越小。目标趋势图的目标离散点最多：表征目标趋势图所对应待测PID参数的控制效果最佳，即在目标趋势图所对应待测PID参数的控制下，电机/机器人系统的稳定性能最好。
可选地，在拟合得到多组待测PID参数各自对应趋势图后，上位机可以将多个趋势图中同一转速下的离散点进行对比，针对每一转速，确定该转速下最大转速波动最小的目标离散点，然后，统计每一趋势图各自对应的目标离散点的数量，将目标离散点最多的趋势图确定为目标趋势图，将目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数。
示例性地，以电机的最大转速为nmax，确定转速30%nmax下目标离散点的过程为例进行说明，上位机可以对比多个趋势图中对应转速30%nmax的各离散点的纵坐标，将纵坐标最小（最大转速波动最小）的离散点确定为转速30%nmax下的目标离散点，基于同样的方式，上位机可以确定不同转速下最大转速波动最小的目标离散点。进一步的，在确定不同转速下最大转速波动最小的目标离散点之后，上位机可以统计每一目标离散点所属的趋势图，从而得到每一趋势图各自对应目标离散点的数量，将目标离散点最多的趋势图确定为目标趋势图。
可选地，上位机还可以将多个待测PID参数各自对应的趋势图整合到一个坐标系中，并以不同的颜色区分不同待测PID参数对应的曲线，以便目标对象可以更直观地比较不同待测PID参数下的控制效果。对于部分特殊（简单）场景，即各待测PID参数所对应的趋势图之间交叉较少，可以直观对各趋势图中离散点的纵坐标进行比较的场景，例如，某一待测PID参数所对应趋势图中各离散点纵坐标的取值，普遍小于其他待测PID参数所对应趋势图中各离散点纵坐标的取值，则目标对象可以快速、直观地将各离散点纵坐标的取值普遍偏小的曲线所属的待测PID参数，确定为目标PID参数。其中，在这一简单场景下，也可以通过确定目标离散点最多的目标趋势图，确定目标PID参数。
本实施例中，一方面，在所有场景均可以通过对比各趋势图中各离散点的纵坐标，准确确定控制效果最佳的目标趋势图，从而准确确定目标PID参数，可以提高PID参数整定准确率。另一方面，针对各待测PID参数所对应的趋势图之间交叉较少的简单场景，也可以令目标对象通过汇总后的趋势图，直观、快速地确定控制效果最佳的目标趋势图，既快速又准确地确定目标PID参数。
在其中一个实施例中，趋势图的横坐标表征电机的转速，趋势图的纵坐标表征电机的最大转速波动；
所述方法还包括：
基于电机在目标PID参数下的趋势图，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点；
将多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速；
针对每一待测转速，导出在电机按照待测转速进行旋转的过程中，电机的实际转速数据；
分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因。
其中，最大转速波动阈值可以根据实际需求进行配置。频谱分析具体可以为：FFT(Fast Fourier Transformation)，快速傅里叶变换。
可选地，上位机可以从电机在目标PID参数下的趋势图的各离散点中，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点，将多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速，针对每一待测转速，导出在电机按照待测转速进行旋转的过程中，电机的实际转速数据，分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到不同待测转速下的转速频谱图，基于不同待测转速下的转速频谱图，分析确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因。
示例性地，以图4为例，假设最大转速波动阈值为60count，因图4中的第4个、第17个离散点（按照横轴从左到右的顺序）的纵坐标大于60count，则上位机可以将图4中的第4个、第17个离散点作为待测离散点，将待测离散点所对应的转速作为待测转速。
本实施例中，通过将最大转速波动超出最大转速波动阈值的离散点所对应的转速作为待测转速，并对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，一方面，不是对电机在所有转速下的实际转速数据进行频谱分析，而是对转速波动幅度较大时电机的实际转速数据进行频谱分析，可以提高频谱分析的效率，另一方面，通过对实际转速数据进行频谱分析，可以更准确地确定电机发生转速波动的原因。
在其中一个实施例中，分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因，包括：
分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到电机在不同待测转速下的转速频谱图；
针对每一待测转速，基于电机在待测转速下的转速频谱图，确定电机在待测转速下的波动频率；
基于电机在待测转速下的波动频率与电机的待测转速之间的倍频关系，确定电机在待测转速下发生转速波动的原因；倍频关系基于波动频率与待测转速的商确定。
其中，转速频谱图的横轴表征频率，纵轴表征转速波动的程度。电机在待测转速下的波动频率，即在待测转速下的转速频谱图取峰值时的频率。
可选地，上位机可以分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到电机在不同待测转速下的转速频谱图，针对每一待测转速，基于电机在待测转速下的转速频谱图，确定电机在待测转速下的波动频率，从而将电机在待测转速下的波动频率与待测转速的商，作为电机在待测转速下的波动频率与待测转速之间的倍频关系，以基于倍频关系，确定电机在待测转速下发生转速波动的原因。
示例性地，基于波动频率与待测转速之间的倍频关系，确定转速波动原因，具体为：若电机在待测转速下的波动频率与待测转速的商小于或等于2，即所得的倍频关系表征低倍频时，则可能是器件安装不当，导致电机出现偏心的问题，从而导致电机高速旋转时产生离心力，引起转速波动；若电机在待测转速下的波动频率与待测转速的商大于2，即所得的倍频关系表征高倍频时，则可能是电磁干扰等导致电机发生转速波动。
示例性地，如图5所示，提供了一种某一待测转速下的转速频谱图，其中，图5中的转速频谱图取峰值时，频率（Freq）为60HZ，则上位机可以确定在该待测转速下的波动频率为60HZ，并将该待测转速下的波动频率作为被除数，将待测转速作为除数，将所得商作为电机在该待测转速下的波动频率与该待测转速之间的倍频关系。
本实施例中，通过分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因，有利于后续运维，可以确保机器人的安全、稳定运行。
在一个实施例中，考虑到机器人包括多个轴与电机，例如，常见的六轴关节机器人内置有六个伺服电机，因此，上述机器人电机PID参数确定方法，可以依次运用于机器人中的不同电机，以对机器人中的不同电机依次进行PID参数整定、以及确定电机发送转速波动的原因。
在又一个实施例中，如图6所示，提供了另一种机器人电机PID参数确定方法的流程示意图，主要包括以下步骤：
步骤602，获取满足测试条件的待测PID参数，并确定预设转速范围，以及在预设转速范围内转速的递增规则；
步骤604，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转；
步骤606，针对预设转速范围内的每一转速，采集在电机按照转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，电机达到的最大转速与最小转速之差，将电机在转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为电机在转速下的最大转速波动；
步骤608，基于电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点，拟合多个离散点，得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
步骤610，基于电机在多组待测PID参数下的趋势图中各离散点对应的转速，从同一转速下的离散点中，确定出最大转速波动最小的目标离散点；
步骤612，基于各目标离散点所属的趋势图，确定目标离散点最多的目标趋势图，并将目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数；
步骤614，基于电机在目标PID参数下的趋势图，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点；趋势图的横坐标表征电机的转速，趋势图的纵坐标表征电机的最大转速波动；
步骤616，将多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速；
步骤618，针对每一待测转速，导出在电机按照待测转速进行旋转的过程中，电机的实际转速数据，分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到电机在不同待测转速下的转速频谱图；
步骤620，针对每一待测转速，基于电机在待测转速下的转速频谱图，确定电机在待测转速下的波动频率；
步骤622，基于电机在待测转速下的波动频率与电机的待测转速之间的倍频关系，确定电机在待测转速下发生转速波动的原因；倍频关系基于波动频率与待测转速的商确定。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的机器人电机PID参数确定方法的机器人电机PID参数确定装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个机器人电机PID参数确定装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于机器人电机PID参数确定方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种机器人电机PID参数确定装置，包括：待测参数确定模块702、转速控制模块704、转速波动采集模块706、趋势图拟合模块708和PID参数确定模块710，其中：
待测参数确定模块702，用于获取满足测试条件的待测PID参数；
转速控制模块704，用于控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
转速波动采集模块706，用于分别采集电机在不同转速下的最大转速波动；
趋势图拟合模块708，用于基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
PID参数确定模块710，用于比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
上述机器人电机PID参数确定装置中，先获取满足测试条件的待测PID参数，即预先缩小PID参数调试范围，避免耗费时间测试与需求相差较远的PID参数，然后，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，并分别采集电机在不同转速下的最大转速波动，从而基于电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，最后，通过比较电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。整个过程中，先缩小PID参数测试范围，能够减少重复性动作，提高PID参数测试效率，然后，控制电机在满足测试条件的待测PID参数下旋转，并采集相关数据，从而基于采集的数据拟合得到电机在待测PID参数下的趋势图，通过对比多组待测PID参数下的趋势图，准确确定目标PID参数，无需一边观察响应曲线，一边调节参数，可以进一步提高PID参数整定准确率、效率。
在其中一个实施例中，转速控制模块还用于确定预设转速范围，以及在预设转速范围内转速的递增规则，控制待测对象的电机按照待测PID参数，在预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转。
在其中一个实施例中，转速波动采集模块还用于针对预设转速范围内的每一转速，采集在电机按照转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，电机达到的最大转速与最小转速之差，将电机在转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为电机在转速下的最大转速波动。
在其中一个实施例中，趋势图拟合模块还用于基于电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点，从而拟合多个离散点，得到在待测PID参数下，电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。
在其中一个实施例中，PID参数确定模块还用于基于电机在多组待测PID参数下的趋势图中各离散点对应的转速，从同一转速下的离散点中，确定出最大转速波动最小的目标离散点，基于各目标离散点所属的趋势图，确定目标离散点最多的目标趋势图，将目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数。
在其中一个实施例中，趋势图的横坐标表征电机的转速，趋势图的纵坐标表征电机的最大转速波动。机器人电机PID参数确定装置中还包括转速波动原因分析模块，转速波动原因分析模块用于基于电机在目标PID参数下的趋势图，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点，将多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速，针对每一待测转速，导出在电机按照待测转速进行旋转的过程中，电机的实际转速数据，分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定电机在不同待测转速下发生转速波动的原因。
在其中一个实施例中，转速波动原因分析模块还用于分别对电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到电机在不同待测转速下的转速频谱图，针对每一待测转速，基于电机在待测转速下的转速频谱图，确定电机在待测转速下的波动频率，基于电机在待测转速下的波动频率与电机的待测转速之间的倍频关系，确定电机在待测转速下发生转速波动的原因；倍频关系基于波动频率与待测转速的商确定。
上述机器人电机PID参数确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种机器人电机PID参数确定方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的数据（包括但不限于机器人设备信息、机器人运动数据等），均为经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
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，所述的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、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种机器人电机PID参数确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取满足测试条件的待测PID参数；
控制待测对象的电机按照所述待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
分别采集所述电机在不同转速下的最大转速波动；
基于所述电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在所述待测PID参数下，所述电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
比较所述电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制待测对象的电机按照所述待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转，包括：
确定预设转速范围，以及在所述预设转速范围内转速的递增规则；
控制待测对象的电机按照所述待测PID参数，在所述预设转速范围内，基于所确定的转速的递增规则，依次进行不同转速的匀速旋转。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别采集所述电机在不同转速下的最大转速波动，包括：
针对所述预设转速范围内的每一转速，采集在所述电机按照所述转速进行匀速旋转并发生转速波动的情况下，所述电机达到的最大转速与最小转速之差；
将所述电机在所述转速下对应的最大转速与最小转速之差，作为所述电机在所述转速下的最大转速波动。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在所述待测PID参数下，所述电机的最大转速波动随转速变化的趋势图，包括：
基于所述电机在不同转速下的最大转速波动，绘制表征所述电机的转速、最大转速波动之间对应关系的多个离散点；
拟合所述多个离散点，得到在所述待测PID参数下，所述电机的最大转速波动随转速变化的趋势图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较所述电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数，包括：
基于所述电机在多组待测PID参数下的趋势图中各离散点对应的转速，从同一转速下的离散点中，确定出最大转速波动最小的目标离散点；
基于各所述目标离散点所属的趋势图，确定所述目标离散点最多的目标趋势图；
将所述目标趋势图所对应的待测PID参数，确定为目标PID参数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述趋势图的横坐标表征所述电机的转速，所述趋势图的纵坐标表征所述电机的最大转速波动；
所述方法还包括：
基于所述电机在所述目标PID参数下的趋势图，选取纵坐标超出最大转速波动阈值的多个待测离散点；
将所述多个待测离散点各自对应的横坐标均作为待测转速；
针对每一所述待测转速，导出在所述电机按照所述待测转速进行旋转的过程中，所述电机的实际转速数据；
分别对所述电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定所述电机在不同待测转速下发生转速波动的原因。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分别对所述电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，确定所述电机在不同待测转速下发生转速波动的原因，包括：
分别对所述电机在不同待测转速下的实际转速数据进行频谱分析，得到所述电机在不同待测转速下的转速频谱图；
针对每一所述待测转速，基于所述电机在所述待测转速下的转速频谱图，确定所述电机在所述待测转速下的波动频率；
基于所述电机在所述待测转速下的波动频率与所述电机的待测转速之间的倍频关系，确定所述电机在所述待测转速下发生转速波动的原因；所述倍频关系基于所述波动频率与所述待测转速的商确定。
8.一种机器人电机PID参数确定装置，其特征在于，所述装置包括：
待测参数确定模块，用于获取满足测试条件的待测PID参数；
转速控制模块，用于控制待测对象的电机按照所述待测PID参数，在预设转速范围内，进行不同转速的匀速旋转；
转速波动采集模块，用于分别采集所述电机在不同转速下的最大转速波动；
趋势图拟合模块，用于基于所述电机在不同转速下的最大转速波动，拟合得到在所述待测PID参数下，所述电机的最大转速波动随转速变化的趋势图；
PID参数确定模块，用于比较所述电机在多组待测PID参数下的趋势图，确定目标PID参数。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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