[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

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统及方法，控制电机快速平滑到位的方法，应用在快速扫描测量及运动过程中需要多次停顿进行图像获取或零部件抓取等场合。 

背景技术

在伺服电机驱动部件和编码器构成的闭环控制系统中，总是存在要求电机由当前位置运动到某一目标位置(位置由编码器指示)的情况。比较简单的做法是启动电机，接下来不断比较编码器当前示值与目标位置的差异(为方便起见此差异本文定义为目标差d)，以决定加速、减速或是停止，速度往往是一系列的常数，这种做法虽然简单，但不能充分利用控制系统的各种信息。再有就是PID控制算法，这种算法有其优点而应用比较广泛，不足是PID控制往往会在接近目标位置的情况出现振荡，积分和微分环节带来大的计算量，积分环节会降低响应速度。 

发明内容

为了解决的技术问题，本发明的目的是提供一种快速平滑驱动电机的方法，在不断接近目标位置的过程中用合适的速度匹配不同阶段，也就是确定一个目标差与速度之间的函数，并通过调整函数的系数得出最适合特定系统的速度函数，能够解决快速且平滑驱动的问题。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

本发明的第一方面，提供一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统，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。 

本发明的第二方面，提供一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制方法，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。 

本发明的第三方面，提供一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制方法，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平滑驱动伺服电动机的步骤包括： 

步骤S1：通过用户界面输入目标值T到位误差； 

步骤S2：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； 

步骤S3：计算负载单元要运动的行程r＝|T-E_c|，其中T为目标值，编码器值E_c； 

步骤S4：进入驱动控制循环步骤S4到S14，重新获取编码器值； 

步骤S5：计算目标差；