CN117155210A

CN117155210A - 一种伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机

Info

Publication number: CN117155210A
Application number: CN202311413533.8A
Authority: CN
Inventors: 石利俊; 熊雄
Original assignee: Chengdu Electric Mfg Co
Current assignee: Chengdu Electric Mfg Co
Priority date: 2023-10-30
Filing date: 2023-10-30
Publication date: 2023-12-01
Anticipated expiration: 2043-10-30
Also published as: CN117155210B

Abstract

本申请涉及一种伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机，方法包括动态获取伺服电机转轴的转动位置数据并将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较；将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组以及当时间序列上的任意连续多个转动位置偏离数值的累积或者某个转动位置偏离数值大于等于设定值时调整转轴转速。本申请公开的伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机，通过在高负载环境下对伺服电机采用多点式的动态闭环调整方式来调整伺服电机的输出，使伺服电机的实际输出能够与高负载环境下的工作装填匹配，以使终端的得到输出与终端的要求输出匹配，进而实现终端实际移动轨迹与要求移动轨迹的吻合。

Description

一种伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机

技术领域

本申请涉及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机。

背景技术

伺服电机驱动的机械臂在工作过程中面临负载变化的工作情况，例如在柔性生产过程中，需要机械臂拿取和放置机械零部件，不同机械零部件的尺寸、重量分布和重心不近相同，这就导致机械臂在移动零件过程中的负荷（负载）会发生变化，再加上机械零部件在空间范围内的姿态变化引起的负荷（负载）变化，会导致移动轨迹末端的定位精度达不到要求。

虽然在移动轨迹末端可以使用各种传感器来对零件姿态和位置进行校正，但是每次校正的使用时间累积会造成生产节拍的延长和生产效率的降低。在这种作业环境中，如何使实际移动轨迹与要求移动轨迹吻合还需要进一步研究。

发明内容

本申请提供一种伺服电机的运行控制方法、控制器及伺服电机，通过在高负载环境下对伺服电机采用多点式的动态闭环调整方式来调整伺服电机的输出，使伺服电机的实际输出能够与高负载环境下的工作装填匹配，以使终端的得到输出与终端的要求输出匹配，进而实现终端实际移动轨迹与要求移动轨迹的吻合。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种伺服电机的运行控制方法，包括：

动态获取伺服电机转轴的转动位置数据并将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较，得到第一位置比较结果；

第一位置比较结果不等于零时，将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据组中包括多个转动位置偏离数值；以及

当时间序列上的任意连续多个转动位置偏离数值的累积或者某个转动位置偏离数值大于等于设定值时调整转轴转速；

其中，调整转轴转速过程中，转动位置数据的采集频率为最大采集频率；

时间序列上，将采集频率对应的时间点分为多组，每组中包括多个时间点；

在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整，并在该组中的剩余时间点上进行将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较。

在第一方面的一种可能的实现方式中，在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整时，还包括：

得到第一个时间点上的第一位置比较结果的差值，差值包括正差值与负差值；

根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时降低输入电流，差值为负差值时增大输入电流，第一组中剩余时间点上对应的相上的输入电流按照原有输入电流值输入；

比较第一组中的剩余时间点上转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据，得到多个第二位置比较结果；

计算多个第二位置比较结果的累积值或者变化曲线；以及

根据累积值调整第二组中第一个时间点对应的相上的输入电流。

在第一方面的一种可能的实现方式中，累积值为正值时减小输入电流，累积值为负值时增大输入电流。

在第一方面的一种可能的实现方式中，变化曲线的斜率为正值时减小输入电流，变化曲线的斜率为负值时增大输入电流；

变化曲线的斜率为曲线上末端处的斜率值。

在第一方面的一种可能的实现方式中，根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时，实际输入电流为要求输入电流的0.95-0.98倍；

差值为负差值时，实际输入电流为要求输入电流的1.02-1.05倍。

在第一方面的一种可能的实现方式中，还包括根据变化曲线的斜率变化值调整每组中时间点的数量，后一组中时间点的数量根据前一组的变化曲线的斜率变化值进行调整。

在第一方面的一种可能的实现方式中，曲线的斜率变化值位于峰值或者越过峰值时，计算此时经过的时间点的数量，记为调整数量，并将下一组中时间点的数量调整为调整数量。

第二方面，本申请提供了一种伺服电机的运行控制装置，包括：

第一处理单元，用于动态获取伺服电机转轴的转动位置数据并将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较，得到第一位置比较结果；

第二处理单元，用于第一位置比较结果不等于零时，将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据组中包括多个转动位置偏离数值；以及

转速调整单元，用于当时间序列上的任意连续多个转动位置偏离数值的累积或者某个转动位置偏离数值大于等于设定值时调整转轴转速；

第三方面，本申请提供了一种控制器，所述控制器包括：

一个或多个存储器，用于存储指令；以及

一个或多个处理器，用于从所述存储器中调用并运行所述指令，执行如第一方面及第一方面任意可能的实现方式中所述的方法。

第四方面，本申请提供了一种伺服电机，包括如第三方面中所述的控制器。

第五方面，本申请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包括：

程序，当所述程序被处理器运行时，如第一方面及第一方面任意可能的实现方式中所述的方法被执行。

第六方面，本申请提供了一种计算机程序产品，包括程序指令，当所述程序指令被计算设备运行时，如第一方面及第一方面任意可能的实现方式中所述的方法被执行。

第七方面，本申请提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于实现上述各方面中所涉及的功能，例如，生成，接收，发送，或处理上述方法中所涉及的数据和/或信息。

该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包括芯片和其他分立器件。

在一种可能的设计中，该芯片系统还包括存储器，该存储器，用于保存必要的程序指令和数据。该处理器和该存储器可以解耦，分别设置在不同的设备上，通过有线或者无线的方式连接，或者处理器和该存储器也可以耦合在同一个设备上。

附图说明

图1是本申请提供的一种伺服电机的运行控制方法的步骤流程示意框图。

图2是本申请提供的一种在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整的步骤流程示意框图。

图3是本申请提供的一种变化曲线的生成方式示意图。

图4是本申请提供的一种调整数量的获取方式示意图。

图5是本申请提供的另一种调整数量的获取方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

本申请公开了一种伺服电机的运行控制方法，请参阅图1，方法包括以下步骤：

S101，动态获取伺服电机转轴的转动位置数据并将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较，得到第一位置比较结果；

S102，第一位置比较结果不等于零时，将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据组中包括多个转动位置偏离数值；以及

S103，当时间序列上的任意连续多个转动位置偏离数值的累积或者某个转动位置偏离数值大于等于设定值时调整转轴转速；

具体而言，在步骤S101中，会动态获取转轴的转动位置数据，此处的转轴指的是伺服电机的转轴，伺服电机的控制由三个闭环组成，分别是电流环、速度环和位置环，在此处，首先基于位置环获取转轴的转动位置数据。

对于转轴的转动位置数据获取，是基于伺服电机内部的编码器实现，编码器将转轴的位置数据（例如转动角度）编码后发送给伺服电机的控制系统。

在一些例子中，此处的伺服电机应用于机械臂，机械臂在工作过程中拿取机械零部件和机械零部件在空中翻转移动过程中，机械臂的负载就会发生变化，还可以描述为机械臂的负载发生变化，也就是机械臂由低负载环境转为高负载环境。

至于高负载环境的出现速度，则与机械零部件的体积、重量和在空中的姿态变化速度直接相关。

步骤S101的作用是对伺服电机的转轴的工作状态进行监控。监控过程中将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较，得到第一位置比较结果。

当第一位置比较结果不等于零时，执行步骤S102，该步骤中，将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据组中包括多个转动位置偏离数值。

将采集频率调制最大采集频率的目的是提高数据获取量。

此处可以看作是伺服电机的控制系统有正常工作状态与调整工作状态，在调整工作状态中，采集频率以最大采集频率方式运行。

采集频率调制最大采集频率后，会得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据表征伺服电机的转轴的实际转动角度与要求转动角度的差值。每一个转动位置偏离数据组中均包括多个转动位置偏离数值。

应理解，当伺服电机的输入没有发生变化但是机械臂的负载发生变化时，机械臂的位移（伺服电机转轴的转动角度）就会出现偏离，偏离有两种方式，分别是正向偏离与负向偏离。

对于转动位置偏离数据组的使用方式，也就是在何时调整转轴转速，在步骤S103中，当时间序列上的任意连续多个转动位置偏离数值的累积或者某个转动位置偏离数值大于等于设定值时调整转轴转速。

该步骤中给出了两种判断依据，分别是任意连续多个转动位置偏离数值的累积和某个转动位置偏离数值，这两种判断依据分别对应变化速度的两种形式，任意连续多个转动位置偏离数值的累积对应负载的慢速度变化，而某个转动位置偏离数值对应负载的快速度变化。

这两种判断依据中的任意一种出现时，均需要调整转轴转速。

在一些可能的实现方式中，时间序列上，将采集频率对应的时间点分为多组，每组中包括多个时间点。同时在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整，并在该组中的剩余时间点上进行将转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据进行比较。

这种调整方式主要是考虑到调整指令的发出与伺服电机根据调整指令作出的反馈存在一定的滞后量，因此在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整，然后在剩余时间点处的进行位置数据比较，用来获取调整指令的合适与否。

在一些例子中，在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整时，请参阅图2，还包括以下步骤：

S201，得到第一个时间点上的第一位置比较结果的差值，差值包括正差值与负差值；

S202，根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时降低输入电流，差值为负差值时增大输入电流，第一组中剩余时间点上对应的相上的输入电流按照原有输入电流值输入；

S203，比较第一组中的剩余时间点上转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据，得到多个第二位置比较结果；

S204，计算多个第二位置比较结果的累积值或者变化曲线；以及

S205，根据累积值调整第二组中第一个时间点对应的相上的输入电流。

具体而言，在步骤S201中，得到第一个时间点上的第一位置比较结果的差值，此处的差值存在两种情况，分别是正差值与负差值，然后根据差值（正差值与负差值）调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时降低输入电流，具体方式如下：

差值为正差值时降低输入电流，差值为负差值时增大输入电流，第一组中剩余时间点上对应的相上的输入电流按照原有输入电流值输入。

差值为正差值表征负载突然下降，此时需要降低输入电流，用以降低伺服电机转轴的转动速度，差值为负差值表征负载突然上升，此时需要调高输入电流，用以提高伺服电机转轴的转动速度。降低转动速度和提高转动速度的目的均是使伺服电机转轴的实际转动速度与要求转动速度相等。

在步骤S203中，比较第一组中的剩余时间点上转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据，得到多个第二位置比较结果，第二位置比较结果的作用是调整后续的输入电流。

在步骤S204中，会计算多个第二位置比较结果的累积值或者变化曲线，第二位置比较结果有正值和负值两种，正值表示此时的伺服电机转轴转动速度大于要求转动速度，负值表示此时的伺服电机转轴转动速度小于要求转动速度。

多个第二位置比较结果的累积值表示在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整的调整效果。

变化曲线表征的是上述内容中记载的正值和负值的变化情况，从另一个角度描述，可以将上述内容中记载的正值和负值在坐标系中表示，横轴表示时间点，纵轴表示数值（正值和负值），在每一个时间点处均存在一条曲线，将这些曲线顺序连接并进行光化处理会得到一条曲线，该曲线就是变化曲线，如图3所示。

最后在步骤S205中，根据累积值调整第二组中第一个时间点对应的相上的输入电流，具体方式如下：

对于多个第二位置比较结果的累积值，累积值为正值时减小输入电流，累积值为负值时增大输入电流。

对于变化曲线，变化曲线的斜率为正值时减小输入电流，变化曲线的斜率为负值时增大输入电流，此处的斜率值取曲线上末端处的斜率值。

调整输入电流时，根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时，实际输入电流为要求输入电流的0.95-0.98倍；差值为负差值时，实际输入电流为要求输入电流的1.02-1.05倍。

此处给出的实际输入电流的调整范围的目的是限制单次调整时电流过大导致的伺服电机转轴转动速度波动范围过大。因为调整应当尽可能的稳定，以使得调整过程中对应的伺服电机转轴转动速度由V1（调整前）向V2（调整后）过渡时，过渡曲线应当尽可能的平滑。

在一些例子中，还会根据变化曲线的斜率变化值调整每组中时间点的数量，具体的，后一组中时间点的数量根据前一组的变化曲线的斜率变化值进行调整。

这种调整时间点数量的方式是去除掉调整曲线的后半段，因为在调整介入后，伺服电机转轴的实际转动速度会出现一个波动，调整时间点数量的方式可以将该波动的好后半段去除。

去除可以缩短调整的间隔时间，可以使调整过程尽快完成，还能够降低调整过程中的波动情况，使伺服电机转轴转动速度由V1（调整前）向V2（调整后）过渡时，过渡曲线尽可能的平滑。

在一些可能的实现方式中，曲线的斜率变化值位于峰值（图4所示）或者越过峰值（图5所示）时，计算此时经过的时间点的数量，记为调整数量，并将下一组中时间点的数量调整为调整数量。

本申请还提供了一种伺服电机的运行控制装置，包括：

进一步地，还包括：

数据获取单元，用于得到第一个时间点上的第一位置比较结果的差值，差值包括正差值与负差值；

第一电流调整单元，用于根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时降低输入电流，差值为负差值时增大输入电流，第一组中剩余时间点上对应的相上的输入电流按照原有输入电流值输入；

第三处理单元，用于比较第一组中的剩余时间点上转动位置数据与时间序列上对应时间点处的位置数据，得到多个第二位置比较结果；

第四处理单元，用于计算多个第二位置比较结果的累积值或者变化曲线；以及

第二电流调整单元，用于根据累积值调整第二组中第一个时间点对应的相上的输入电流。

进一步地，累积值为正值时减小输入电流，累积值为负值时增大输入电流。

进一步地，变化曲线的斜率为正值时减小输入电流，变化曲线的斜率为负值时增大输入电流；

变化曲线的斜率为曲线上末端处的斜率值。

进一步地，根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时，实际输入电流为要求输入电流的0.95-0.98倍；

进一步地，还包括根据变化曲线的斜率变化值调整每组中时间点的数量，后一组中时间点的数量根据前一组的变化曲线的斜率变化值进行调整。

进一步地，曲线的斜率变化值位于峰值或者越过峰值时，计算此时经过的时间点的数量，记为调整数量，并将下一组中时间点的数量调整为调整数量。

在一个例子中，以上任一装置中的单元可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个专用集成电路(application specificintegratedcircuit，ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)，或这些集成电路形式中至少两种的组合。

再如，当装置中的单元可以通过处理元件调度程序的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(central processing unit，CPU)或其它可以调用程序的处理器。再如，这些单元可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，SOC)的形式实现。

在本申请中可能出现的对各种消息/信息/设备/网元/系统/装置/动作/操作/流程/概念等各类客体进行了赋名，可以理解的是，这些具体的名称并不构成对相关客体的限定，所赋名称可随着场景，语境或者使用习惯等因素而变更，对本申请中技术术语的技术含义的理解，应主要从其在技术方案中所体现/执行的功能和技术效果来确定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，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。

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申请的范围。

还应理解，在本申请的各个实施例中，第一、第二等只是为了表示多个对象是不同的。例如第一时间窗和第二时间窗只是为了表示出不同的时间窗。而不应该对时间窗的本身产生任何影响，上述的第一、第二等不应该对本申请的实施例造成任何限制。

还应理解，在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。

所述功能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存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，当该指令被执行时，以使得该控制器执行对应于上述方法的控制器的操作。

本申请还提供了一种控制器，所述控制器包括：

一个或多个存储器，用于存储指令；以及

一个或多个处理器，用于从所述存储器中调用并运行所述指令，执行如上述内容中所述的方法。

本申请还提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于实现上述内容中所涉及的功能，例如，生成，接收，发送，或处理上述方法中所涉及的数据和/或信息。

上述任一处提到的处理器，可以是一个CPU，微处理器，ASIC，或一个或多个用于控制上述的反馈信息传输的方法的程序执行的集成电路。

在一种可能的设计中，该芯片系统还包括存储器，该存储器，用于保存必要的程序指令和数据。该处理器和该存储器可以解耦，分别设置在不同的设备上，通过有线或者无线的方式连接，以支持该芯片系统实现上述实施例中的各种功能。或者，该处理器和该存储器也可以耦合在同一个设备上。

可选地，该计算机指令被存储在存储器中。

可选地，该存储器为该芯片内的存储单元，如寄存器、缓存等，该存储器还可以是该终端内的位于该芯片外部的存储单元，如ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM等。

可以理解，本申请中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

非易失性存储器可以是ROM、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyEPROM，EEPROM)或闪存。

易失性存储器可以是RAM，其用作外部高速缓存。RAM有多种不同的类型，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhancedSDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synch link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种伺服电机的运行控制方法，其特征在于，包括：

第一位置比较结果不等于零时，将转动位置数据的采集频率调制最大采集频率，得到转动位置偏离数据组，转动位置偏离数据组中包括多个转动位置偏离数值；

2.根据权利要求1所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，在每组中的第一个时间点上进行转轴转速调整时，还包括：

计算多个第二位置比较结果的累积值或者变化曲线；

3.根据权利要求2所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，累积值为正值时减小输入电流，累积值为负值时增大输入电流。

4.根据权利要求2所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，变化曲线的斜率为正值时减小输入电流，变化曲线的斜率为负值时增大输入电流；

变化曲线的斜率为曲线上末端处的斜率值。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，根据差值调整与第一组中第一个时间点对应的相上的输入电流，差值为正差值时，实际输入电流为要求输入电流的0.95-0.98倍；

6.根据权利要求2至4中任意一项所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，还包括根据变化曲线的斜率变化值调整每组中时间点的数量，后一组中时间点的数量根据前一组的变化曲线的斜率变化值进行调整。

7.根据权利要求6所述的伺服电机的运行控制方法，其特征在于，曲线的斜率变化值位于峰值或者越过峰值时，计算此时经过的时间点的数量，记为调整数量，并将下一组中时间点的数量调整为调整数量。

8.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括：

一个或多个存储器，用于存储指令；

一个或多个处理器，用于从所述存储器中调用并运行所述指令，执行如权利要求1至7中任意一项所述的方法。

9.一种伺服电机，其特征在于，包括如权利要求8所述的控制器。