[发明专利]伺服电机系统增益参数自调整方法及系统

权利要求书

1.一种伺服电机系统增益参数自调整方法，所述增益参数包括位置环增益参数Kpp、速度环比例增益参数Kvp、速度环积分增益参数Kvi、低通滤波器时间参数T，其特征在于，所述方法包括：在伺服电机系统运行前，建立由Kpp、Kvp、Kvi、T四个参数构成的刚性表，并按Kvp在初始增益和最大增益之间进行区域划分将所述刚性表划分为与该四个参数的递增变化对应的多个刚性等级；在伺服电机系统运行过程中执行以下步骤：

(a)、根据伺服电机系统输入和编码器输出，依次采用刚性等级逐渐升高的四个参数的组合并进行振动检测以确定最高刚性等级；

(b)、在采用所述最高刚性等级的参数组合运行的伺服系统出现超调或者抖动时，对速度环积分增益参数Kvi进行积分微调处理；

所述步骤(b)中，伺服系统出现超调的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置与系统输入所对应的理论位置的差值超出定位范围；伺服系统出现抖动的判断标准是：编码器输出所对应的反馈位置的走势与系统输入所对应的理论位置的走势相反。

2.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(a)之前包括自动识别伺服电机系统中的摩擦力F和系统总惯量J：多次采样电磁转矩T_e和加速度a，通过最小二乘法拟合伺服运动方程以计算系统总惯量J和伺服系统所受的外力T_d，摩擦力F等于外力T_d；所述伺服运动方程为：T_e＝J*a+T_d；

其中，T_e代表电磁转矩，单位为N*m；a代表加速度，单位为rad/sec²；J代表系统总惯量，单位为Kg*m²；T_d代表伺服系统所受的外力，单位为N。

3.根据权利要求1或2所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述伺服电机系统输入为周期性的脉冲信号，所述步骤(a)中以脉冲信号的半个周期为时间间隔依次调整所述刚性等级，且所述步骤(a)之前还包括以下条件步骤：

(a0)、在脉冲信号的半个周期完成后，根据所述系统总惯量J和电机惯量J_m确定负载惯量J_s，并判断负载惯量J_s与电机惯量J_m的惯量比是否稳定，若惯量比稳定，则继续步骤(a)，若惯量比不稳定，则退出自调整。

4.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(a)通过以下方式确认最高刚性等级：在未检测到共振且刚性等级达到最大限制值时，将此时的最大限制值确定为所述最高刚性等级；在检测到共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，将此时的刚性等级进行降级处理后确定为所述最高刚性等级。

5.根据权利要求4所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述振动检测包括：对编码器输出信号进行频谱分析以获取振幅和频率，如果分析得到的振幅超过阈值，则判定系统发生共振且分析得到的频率为所述共振频率。

6.根据权利要求5所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，当首次出现共振且检测到的共振频率不低于预设频率值时，根据当前的共振频率设置陷波器，并验证该陷波器是否有效，如果无效，则确立最高刚性等级后转步骤(b)；如果有效，则继续增加刚性等级直至确定所述最高刚性等级。

7.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(b)中，对参数Kvi进行积分微调处理包括：逐步减小速度环积分增益参数Kvi直至微调次数到达预设次数或者积分到限制值。

8.根据权利要求1所述的伺服电机系统增益参数自调整方法，其特征在于，所述步骤(a)和步骤(b)之间还包括：

(ab)、确定定位时间最小的系统模式，并在步骤(b)中采取该系统模式，其中，所述系统模式包含四种：增益参数恒定不变；增益参数带切换；增益参数不变且加入摩擦补偿；增益参数切换且加入摩擦补偿。