[发明专利]一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统及方法

权利要求书

1.一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统，其特征在于，所述闭环控制系统包括：工控机、D/A驱动卡、放大电路、伺服电机驱动部件、机框、位置编码器、计数卡、平滑驱动代码单元、用户界面、伺服电机、运动副和负载单元，其中：

平滑驱动代码单元运行于工控机中；

工控机中所安装有述D/A驱动卡、计数卡、平滑驱动代码单元和用户界面；

机框用来承载伺服电机驱动部件、位置编码器；

位置编码器与负载单元相连，用来指示负载单元的运动位置；

平滑驱动代码单元的输入端分别连接用户界面的输出端和计数卡的输出端连接；

D/A驱动卡的输入端与平滑驱动代码单元的输出端连接；

放大电路的输入端与D/A驱动卡的输出端连接；所述的放大电路将D/A驱动卡输出的电压信号进行功率放大，用于对伺服电机驱动部件中的伺服电机进行驱动；

伺服电机驱动部件的输入端与放大电路的输出端连接；

机框的输入端与伺服电机驱动部件的输出端连接；

负载单元的输入端连接机框的输出端和伺服电机驱动部件中运动副的输出端；

位置编码器的输入端与负载单元的输出端刚性连接；

工控机中计数卡的输入端与位置编码器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于，所述伺服电机驱动部件由伺服电机和运动副构成，运动副与负载单元连接，运动副带动负载单元运动。

3.根据权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于，所述平滑驱动代码单元从用户界面获得目标值和到位误差，并使目标差小于到位误差时结束对伺服电机的驱动。

4.根据权利要求1所述的闭环控制系统，其特征在于，通过所述用户界面输入目标值和到位误差，平滑驱动代码单元从用户界面获得目标值和到位误差，进入驱动控制循环：由位置编码器获取负载单元的位置，并传递给工控机的计数卡，平滑驱动代码单元从工控机的操作系统读取编码器值，判断目标差是否小于到位误差，小于到位误差就退出循环结束驱动过程，否则执行以下操作：通过D/A驱动卡将数字格式的速度函数转换成实际的驱动电压；驱动电压经过放大电路对伺服电机驱动部件进行驱动，使伺服电机带动运动副，运动副带动机框上的负载单元运动，负载单元的位置直接反映给位置编码器，进入上述判断环节，直到目标差是否小于到位误差结束对伺服电机的驱动过程。

5.一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制方法，其特征在于：利用由工控机、D/A驱动卡、放大电路、伺服电机驱动部件、机框、位置编码器、计数卡、平滑驱动代码单元、用户界面、伺服电机、运动副和负载单元组成的平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统来平滑驱动伺服电动机的步骤包括：

步骤A：通过组合调整运动系统的速度函数的系数的确定由伺服电机、位置编码器、机框和负载单元构成的运动系统的速度函数；

步骤B：运动系统的速度函数对应目标差在行程的前半段(r＞d≥r/2)和后半段(0＜d＜r/2)分别对应伺服电机的加速过程和减速过程；

步骤C：利用速度函数f(d)生成平滑驱动代码单元并运行于工控机中，所述速度函数f(d)的表现形式为：

其中：D_k为速度升程系数，U_k为速度降程系数，r为伺服电机要运动的行程，d为目标差，d_c为初速度系数，u_i为目标差d在行程r的后半段(0＜d≤r/2)的情况时的冪指数、d_i为目标差d在行程r的前半段(r/2＜d≤r)的情况时的冪指数。